Помимо физических величин, определяющих свойства каждой элементарной частицы в отдельности, частице приписывается еще одно очень важное свойство — «характер» взаимодействия ее с остальными своими «собратьями» — элементарными частицами. Это аналогично тому, как человек, помимо своего внешнего вида — роста, походки, окраски волос и цвета глаз — еще характеризуется важным свойством — характером, который проявляется во взаимоотношениях человека с другими людьми.
Взаимоотношения элементарных частиц проявляются при их соударении друг с другом, когда они вступают во взаимодействие, т. е. в ядерных реакциях. Сейчас различают четыре типа взаимодействия частиц: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Силы, действующие при таких взаимодействиях между частицами, — соответственно большие, средние (ку-лоновские), слабые и пренебрежимо малые. Сильное взаимодействие, например, ответственно за ядерные силы, связывающие нейтроны и протоны в ядре атома. Электромагнитное (в сотни раз слабее сильного) — характеризует взаимодействие электрически заряженных частиц, связывающее, например, электроны и положительно заряженное ядро в одну систему — атом. Слабое взаимодействие (на восемь порядков меньше сильного) ответственно за распады нестабильных частиц, b-распады ядер, нейтрона. Гравитационное взаимодействие обусловливает силы тяготения между всеми телами, имеющими массу. В физике элементарных частиц оно никаким образом себя не проявляет, так как слабее сильного на 36 порядков, и поэтому не учитывается.
По современным представлениям взаимодействие между частицами осуществляется обменом между ними другими частицами. Сильное взаимодействие осуществляется путем непрерывного испускания и поглощения частицами мезонов, электромагнитное — фотонов, гравитационное — посредством обмена гипотетическими частицами-гравитонами. Такие обменные частицы называются переносчиками соответствующего взаимодействия. Переносчик слабого взаимодействия неизвестен[2], хотя название ему уже дано — W-бозон: заряженный W ± и нейтральный W0.
Возможность испускания или поглощения заряженной частицей фотонов или нуклоном p-мезонов, а значит, и существование облака фотонов или пионов вокруг соответствующих частиц, вытекает из одного из важнейших в квантовой механике заколов — принципа неопределенностей Гейзенберга. Действительно, из закона сохранения энергии и импульса следует, что частица не может испустить или поглотить фотон или другую частицу без изменения своего состояния. Для элементарных частиц, имеющих обычно одно энергетическое состояние, это означает невозможность испускания или поглощения одного фотона или любой другой частицы. Например, пусть электрон е испустит g-квант: е ®е+g. Тогда, переходя в систему координат, связанную с электроном, в которой импульс электрона в начале равен нулю, видим, что и энергия в начале реакции равна массе покоя электрона, а в конце реакции — массе покоя электрона плюс энергии g-кванта, т. е. закон сохранения энергии не может выполниться в процессе испускания одной частицы. То же рассуждение верно и для испускания нуклоном пиона. Однако принцип неопределенностей Гейзенберга гласит, что энергия физической системы может не сохраняться на произвольную величину DE в течение времени Dt порядка 1/DE. Таким образом, фотоны могут излучаться электроном или протоном, а пионы нуклоном в течение такого короткого времени (10-21 - 10-23 сек), что их зарегистрировать нельзя. Такие ненаблюдаемые частицы называются виртуальными. Это представление о виртуальных фотонах позволяет объяснить отталкивание двух одноименно заряженных частиц и притяжение разноименно заряженных. Характер убывания плотности облака фотонов с расстоянием приводит к квадратичному закону убывания силы взаимодействия с расстоянием между заряженными частицами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.