Общая характеристика фундаментальных взаимодействий

 

В основе каждого фундаментального взаимодействия лежит изначально присущее веществу особое свойство, природу которого удастся выяснить лишь в ходе дальнейших, всё более глубоких исследований природы вещества и вакуума. Носителем способности частиц к взаимодействиям, а также количественной мерой самого взаимодействия служит понятие заряда. Каждая частица изначально обладает одним или несколькими зарядами, причём между собой взаимодействуют только однотипные заряды, а заряды разных типов друг друга “не замечают”. Наименьшее дискретное значение заряда (квант) называют единичным зарядом. Сила взаимодействия во всех случаях пропорциональна произведению зарядов двух взаимодействующих частиц, и обратно пропорционально расстоянию между ними (F = q₁q₂/r²).

По современным представлениям взаимодействие любого вида должно иметь своего физического агента, без посредника оно не протекает. В основе такого требования лежит тот факт, что скорость передачи воздействия ограничена фундаментальным пределом - скоростью света. Поэтому притяжение или отталкивание частиц передаётся через среду, их разделяющую. Такой средой является вакуум. Заряд частицы возмущает вакуум, и это возмущение с затуханием передаётся на определённое расстояние.

Вакуум - это пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и вы-полняется условие минимума плотности энергии в данном объёме. Казалось бы, раз нет реальных частиц, то пространство пусто, в нём не может содер-жаться энергия, даже минимальная. Но это представление пришло к нам из классической физики. Квантовая же теория, опираясь на принцип неопре-делённости Гейзенберга, опровергает его. Мы помним, что применительно к теории поля принцип неопределённости утверждает невозможность одновре-менного точного определения напряжённости поля и числа частиц. Раз число частиц равно нулю, то напряжённость поля не может равняться нулю, иначе оба параметра будут известны, и принцип неопределённости будет нарушен. В соответствии с признанным дуализмом волновых и корпускулярных свойств колебания полей обязаны порождать частицы. Разумеется, все возникающие при этом частицы будут короткоживущие, так как израс-ходованная на них энергия должна быть возвращена спустя ничтожную долю секунды. Тем не менее частицы могут фактически возникнуть из ничего, обретая мимолётное бытие, прежде чем снова исчезнуть. Эти частицы-призраки нельзя наблюдать, хотя они могут оставить след своего кратко-временного существования. Таким образом, “пустой” вакуум оказывается заполненным виртуальными частицами. Он не безжизнен и безлик, а полон энергии. А то, что мы называем частицами, - всего лишь редкие возмущения, подобные “пузырькам” на поверхности целого моря активности.

Очевидно, вакуум играет роль базовой формы материи. На самой ранней фазе эволюции Вселенной именно ему отводится ведущая роль.

В физике рассматриваются 4 фундаментальных вида взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное.

 

Сильное взаимодействие

 

Основная функция сильного взаимодействия - соединять кварки и антикварки в адроны.

Сильные взаимодействия происходят между адронами (от греч. «адрос» — сильный), к которым относятся барионы (греч.«барис» — тяжелый): нуклоны (протоны и нейтроны), ги­пероны и мезоны. Сильные взаимодействия возможны только на малых расстояниях (радиус примерно 10^-13 см.).

Одно из проявлений сильных взаимодействий — ядерные силы. Сильные взаимодействия открыты Э. Резерфордом в 1911г. одновременно с открытием атомного ядра (этими силами объясняется рассеяние а-частиц, проходящих сквозь вещество). Согласно гипотезе Юкавы (1935 г.) сильные взаимодействия со­стоят в испускании промежуточной частицы — переносчика ядер­ных сил. Это р-мезон, обнаруженный в 1947 г., с массой в 6 раз меньше массы нуклона, и найденные позже другие мезоны. Ну­клоны окружены «облаками» мезонов.

Нуклоны могут приходить в возбужденные состояния — барионные резонансы — и обмениваться при этом иными частица­ми. При столкновении барионов их облака перекрываются и «возбуждаются», испуская частицы в направлении разлетающих­ся облаков. Из центральной области столкновения могут испус­каться в различных направлениях более медленные вторичные частицы. Ядерные силы не зависят от заряда частиц. В сильных взаимодействиях величина заряда сохраняется.