Степени свободы и обобщенные координаты, страница 4

      Фундаментальные взаимодействия переносятся соответствующими квантами – элементарными частицами, переносчиками взаимодействий. Процесс взаимодействия выглядит как обмен частицами между микрообъектами. Объекты, обмениваясь частицами воздействуют друг на друга, у них меняется энергия, импульс и состояние.

      В настоящее время все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно этой идее в природе существует единственное фундаментальное взаимодействие, которое проявляется в различных условиях как гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное, либо как их комбинация. Успешная реализация идеи объединения частично осуществлена в создании единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий – электрослабого взаимодействия.   

Теория электрослабого взаимодействия разработана С. Вайнбергом и А. Саламом в 1967г. К настоящему времени получены экспериментальные доказательства существования тяжелых промежуточных бозонов  , которые являются агентами электрослабого взаимодействия. В 1983 г. в ЦЕРНе большим коллективом физиков под руководством К. Руббиа в столкновении пучков протонов и антипротонов с энергиями 270 Гэв были зарегистрированы несколько десятков событий рождения . Следует отметить, что промежуточные бозоны   - самые тяжелые из известных ныне частиц.   Гэв,  Гэв. Дальнейшее развитие экспериментальных установок и повышение точности измерений позволило уточнить некоторые теоретические представления, в частности о  каналах распада промежуточного бозона Z  в виртуальную пару (кварк - t, антикварк - ). На основании очень точных экспериментальных исследований распадов промежуточного бозона Z⁰  были предсказаны условия, которые необходимо выполнить для открытия t кварка и оценена его масса . Наконец весной 1995 г. в Национальной ускорительной лаборатории им. Э. Ферми (США) на  самом мощном в настоящее время в мире коллайдере, способном ускорять протон - антипротонные пучки до энергий в несколько Тэв , были найдены первые твердо установленные события рождения и распада  t – кварков и их антикварков.  Однако, как всегда бывает в физике, новое открытие, новое достижение порождает и новые вопросы. Оказалось, что вероятность рождения пары  существенно больше расчетной.  Возможно, что здесь проявляются новые, неизвестные пока свойства  t – кварка, отличающие его от легких кварков. Вероятнее всего, новый уровень ясности в теории объединения будет достигнута в экспериментах на строящемся ныне коллайдере LHC (Large Hadron Collider) в ЦЕРН(е). Ввод его планируется совсем скоро, в 2007 г.

Характерным расстоянием для сильного ядерного взаимодействия являются размеры по порядку величины 10 ^–15м. Сильное взаимодействие является короткодействующим, его действием объясняется образование ядер атомов. Характерная глубина потенциальной ямы, в которой находятся нуклоны (протоны, нейтроны) ядра составляет 7 Мэв / нуклон.

Слабое взаимодействие также является короткодействующим 10 ^–17м, поскольку его «агентами» являются массивные промежуточные бозоны  Все остальные виды фундаментальных взаимодействий электромагнитное и гравитационное являются дальнодействующими. Это означает, что частицы, соответствующие полям, осуществляющим перенос взаимодействий,  имеют нулевую массу – фотон, гравитон. Электростатические и гравитационные силы убывают с расстоянием как . Другими словами на любых, достаточно больших расстояниях они измеримы.

III – й закон Ньютона.

Для изолированной замкнутой системы, для простоты, двух материальных точек справедлив закон сохранения импульса . Дифференцируя по времени это равенство находим:

, или , что означает .

Силы взаимодействия двух частиц равны и противоположно направлены. Взаимные силы равны и противоположно направлены.