Elektromagnetická interakce částic

V tomto článku se podíváme na to, co se nazývá přírodní síly - základní elektromagnetické interakce a zásady, na kterých je postavena. K dispozici bude také být řečeno o možnosti existence nových přístupů ke studiu tohoto tématu. Ve škole ve výuce fyziky, studenti se potýkají s vysvětlením pojmu „síly“. Naučí se, že síla může být velmi rozmanitý - třecí síla, gravitační síla, pružnosti a pevnosti mnohé podobné. Ne všechny z nich lze nazvat zásadní, protože je velmi často jev sekundární síly (třecí síly, například, s jeho interakcí molekul). Elektromagnetické interakce může být také sekundární - jako důsledek. Molekulární fyzika dává příklad Van der Waalsovy síly. Také dává mnoho příkladů a fyziky elementárních částic.

V přírodě,

Chtěl bych se dostat k podstatě procesů vyskytující se v přírodě, jak to z nás dělá práci elektromagnetické interakce. Co přesně je základní síla, která určuje vše postaveno na jeho sekundární síly? Každý ví, že elektromagnetická interakce, nebo, jak se tomu říká, elektrická energie je zásadní. Důkazem toho je Coulombova zákona, která má svou vlastní zobecnění plynoucí z Maxwellovy rovnice. Nedávná popsat všechny přirozeně se vyskytující magnetické a elektrické síly. To je důvod, proč je prokázáno, že interakce elektromagnetických polí - základních sil přírody. Následující příklad - gravitační síla. Dokonce i žáci vědí o gravitačního zákona Isaaka Nyutona, který nedávno dostal správné zobecnění Einsteinových rovnic, a podle jeho teorie gravitace, síla elektromagnetické interakce je zásadní v přírodě, taky.

Kdysi se věřilo, že existují pouze tyto dvě základní síly, ale věda přistoupil, postupně dokazovat, že tomu tak není. Například, s objevem atomového jádra jsme museli zavést pojem jaderné energie, nebo jak porozumět principu zadržování částic uvnitř jádra, proč nemají odletět ve všech směrech. Pochopení toho, jak elektromagnetická interakce v přírodě, pomohla měření jaderných sil, studovat a popsat. Následně se však vědci dospěli k závěru, že jaderné síly jsou druhotné a v mnoha projevech, jako jsou Van der Waalsovy síly. Ve skutečnosti, jen opravdu základní síly, které poskytují kvarky na sebe vzájemně působí. Pak - sekundární efekt - je interakce mezi elektromagnetických polí protonů a neutronů v jádře. Skutečně zásadní je interakce kvarků, gluonů jsou vyměněny. Takto byla objevena v přírodě je ve skutečnosti třetí základní síla.

Pokračování příběhu

Elementární částice kaz, těžké - na lehčí a jejich rozpadu popisuje novou sílu elektromagnetické interakce, která je dobře názvem - síle slabé interakce. Proč chudé? Vzhledem k tomu, elektromagnetické rušení v přírodě je mnohem silnější. A opět se ukázalo, že teorie slabých interakcí, takže půvabně pustil do obrazu světa a původně dokonale popisuje rozpad elementárních částic, neodrážejí stejné postuláty, pokud je energie zvýší. To je důvod, proč se stará teorie byly přepracovány do druhého - teorie slabých interakcí, tentokrát ukázala být univerzální. I když byl postaven to bylo na stejných principech jako zbytek teorie popisující elektromagnetickou interakci částic. V moderní době existují čtyři studovány a osvědčené základní interakce, a pátý - na cestě, o něj přijde. Všechny čtyři - gravitační, silný, slabý, elektromagnetické - jsou postaveny na jednom principu: síla vytvořená mezi částicemi je výsledkem sdílení implementováno nosičem, nebo jinak - zprostředkují interakce.

Jaký druh asistenta? Tento foton - bez částic hmoty, ale přesto úspěšně staví elektromagnetické interference kvůli výměně kvantum elektromagnetických vln nebo světelného kvanta. Elektromagnetické interakce se provádí fotony v oblasti nabitých částic, které komunikují s určitou silou, jako čas a léčí Coulombova zákona. Existuje jedna nehmotné částice - gluon, že má osm odrůd, pomáhá komunikovat kvarky. Tato elektromagnetická interakce je atrakcí na jedno nabití, a říká se, že je silný. Ano, a slabá interakce není bez prostředníků, se kterým ocelové částice o hmotnosti více než to, že jsou masivní, že je těžké. Tento meziprodukt vektorové bosony. Jejich hmotnost a hmotnost je vzhledem k slabosti interakce. Gravitace je síla výměny kvantové gravitační pole. To je přitažlivost elektromagnetické interakce částic, je to stále nestačí studovány, a to i gravitonové experimentálně dosud zjištěna, a kvantová gravitace nejsme úplně tam, a jen proto, že si ji popsat ještě ne.

pátý síla

jsme zvažovali čtyři typy základních interakcí: silné, slabé, elektromagnetické, gravitační. Interakce - je aktem výměny částic, a žádný nápad symetrie nemůže dělat, protože tam není žádná interakce, která není s ním spojené. To určuje počet částic a jejich hmotnosti. Díky přesné symetrie hmoty je vždy nula. Takže, foton a gluon hmota není, je rovna nule, gravitonový - taky. Pokud symetrie je přerušeno, hmotnost přestává být nula. To znamená, že mezilehlé vektor bizon mají hmotnost, protože symetrie je přerušeno. Čtyři základní interakce vysvětlil vše, co vidíme a cítíme. Zbývající síly tvrdí, že jejich elektromagnetické spojky je sekundární. Nicméně, v roce 2012 došlo k průlomu v oblasti vědy a byla objevena další částice, jednou proslavil. Revoluce ve vědeckém světě pořádá otevření Higgsova bosonu, který, jak se později ukázalo, také slouží jako nosič interakcí mezi kvarky a leptony.

To je důvod, proč vědci-fyzici teď říkají, že tam byla pětina síla se zprostředkovatelem, který se ukázal být Higgsův boson. Symetrie je rozbita zde: od Higgsův boson má hmotnost. Proto je počet interakcí (slovo v moderní fyzice částic se nahrazuje slovem „síla“) dosáhla pět. Možná čekáme na nové objevy, protože nevíme přesně, jestli tam ještě na rozdíl od těchto interakcí. Je velmi pravděpodobné, že jsme vybudovali, a dnes tento model by se mohlo zdát dokonale vysvětluje všechny jevy pozorované ve světě, a není úplně dokončena. A možná, po nějaké době tam bude nové interakce a novou sílu. Pravděpodobnost, že takový existuje přinejmenším proto, že jsme velmi pozvolna se dozvěděli, že tam jsou v současné době známy základní interakce - silné, slabé, elektromagnetické, gravitační. Koneckonců, v případě, že je v povaze supersymmetric částic, které jsou projednávány ve vědeckém světě, to znamená existenci nové symetrie a symetrie vždy s sebou nese vznik nových částic, které zprostředkovávají mezi nimi. Tak slyšíme dříve neznámé základní síly, protože jakmile byl překvapen, učit se, že tam jsou, například, elektromagnetické, slabé interakce. Znalosti o naše vlastní přirozenost velmi neúplné.

propojenost

Nejzajímavější je, že každá nová interakce musí nutně vést ke zcela neznámým jevem. Například, když jsme se nenaučili o slabé interakce, nikdy bychom objevili kolaps, a pokud to nebylo v našich znalostech o úpadku, žádná studie jaderné reakce by bylo nemožné. A kdybychom si nebyli vědomi jaderných reakcí, by se pochopit, jak slunce svítí na nás. Koneckonců, pokud neměla zářit, a život na Zemi by neměl být vytvořen. Takže přítomnost interakce naznačuje, že je životně důležité. V případě, že silná interakce neexistuje, a atomová jádra by neměla být stabilní. Vzhledem k elektromagnetické interakce Země získává energii ze slunce, a světelné paprsky přicházející z něj zahřát planetu. A všechny známé interakce jsou nezbytné. Zde Higgs, například. Higgsův boson poskytuje množství částic v interakci s polem, jsme bez něj by nepřežila. A jak bez gravitační interakce zůstat na povrchu planety? To by bylo nemožné, a to nejen u nás, ale vůbec nic.

Naprosto všechny interakcí, a to i těch, které jsme ještě nevědí, je třeba, aby vše, co lidstvo zná, zná a miluje tam. Co víme? Ano, hodně. Například víme, že proton je stabilní v jádře. Velmi, pro nás velmi důležitý, to její stabilita, jinak stejným způsobem by nebylo života. Nicméně, experimenty naznačují, že proton život - časovou hodnotu omezený. Long, samozřejmě, 10 ³⁴ roků. Ale to znamená, že dříve nebo později rozpadne, a proton, a to bude vyžadovat nějakou novou sílu, která je nová interakce. Proti rozpadu protony již existují teorie, která předpokládá nové, mnohem vyšší míru symetrie, tedy nová interakce by mohla existovat z toho nemáme vůbec nic.

Velký sjednocení

Jednoty přírody je pouze princip konstrukce všech základních interakcí. Mnoho otázek vyvstává ve vztahu k jejich počtu a vysvětlí důvody pro toto konkrétní množství. Verze zde postaveno velmi mnoho, a jsou velmi odlišné v závěrům. Vysvětlit přítomnost jen takový počet základních interakcí v všemi možnými způsoby, ale oni jsou jediný princip budování důkazy. Vždy ty různé druhy interakcí, vědci se snaží sloučit do jednoho. Proto takové teorie a teorie nazývá Velká jednotná. Jakoby větve stromu světa: několik větví, a kufr je vždy stejný.

To proto, že tam jsou všechny tyto teorie jednotící myšlenku. Kořen všech známých interakcí jeden krmení kmen, který je v důsledku ztráty souměrnosti začal se rozdělit a vytvoří různé základní interakce, které můžeme pozorovat experimentálně. Tato hypotéza nemohla být ověřena ještě, protože to vyžaduje extrémně vysoké energetické fyzikální experimenty dnes nepřístupný. Je dost dobře možné, a to je možnost, že máme nikdy nemá v držení těchto energií. Ale kolem této překážky je docela možné.

odděleně

Máme vesmír, přírodní urychlovač a všechny procesy, které se vyskytují v tom, aby bylo možné kontrolovat i ty nejsmělejší hypotézy o společných kořenů všech známých interakcí. Dalším zajímavým úkolem pochopení interakcí v přírodě je snad ještě složitější. Je nutné pochopit, jak souvisí s gravitací s jinými přírodními silami. To je základní interakce stojí jako to samostatně, a to navzdory skutečnosti, že podle principu výstavby této teorie je podobná všem ostatním.

Einstein studoval teorii gravitace, se snaží propojit s elektromagnetismu. Navzdory zdánlivé skutečnosti se tento problém vyřešil, pak teorie ještě nestalo. Nyní lidstvo zná trochu víc, alespoň víme o silných a slabých interakcí. A je-li nyní kompletní výstavba jednotnou teorií, to bude jistě mít vliv opět nedostatek znalostí. Až dosud se nepodařilo dát gravitaci na stejné úrovni s ostatními interakcemi, protože všichni dodržovat zákony diktované kvantové fyziky a gravitace - no. Podle kvantové teorie, všechny částice jsou kvanta určitého pole. Ale kvantová gravitace neexistuje, alespoň zatím ne. Nicméně, počet již objevených interakcí zopakuje nahlas o tom, co nemůže být každý jednotlivý program.

elektrické pole

Zpět v roce 1860 velký devatenáctého století fyzik James Clerk Maxwell podařilo vytvořit teorii vysvětlit elektromagnetickou indukci. Pokud změna magnetického pole v určitém bodě v prostoru elektrického pole. Pokud je toto pole zjištěno, uzavřený vodič indukční proud teče v elektrickém poli. Jeho teorie elektromagnetických polí Maxwell dokazuje, že pravděpodobný opačný proces: v případě změny v čase bude zapotřebí elektrické pole v určitém bodě v prostoru magnetické pole. Takže jakákoliv změna může způsobit různou elektrického pole, a mohou získat změnu elektrického střídavého magnetického pole v té době magnetického pole. Tyto proměnné, vytvářet navzájem pole organizované jednotným pole - elektromagnetické.

Nejdůležitějším výsledkem, který vyplývá z obecných vzorců Maxwellovu teorie - predikce, že tam jsou elektromagnetické vlny, tj. Šíření elektromagnetického pole v čase a prostoru. Zdroj elektromagnetického pole se pohybuje, při němž akcelerace elektrickými náboji. Na rozdíl od akustických (elastické) elektromagnetické vlny mohou šířit v jakémkoliv materiálu, a to i ve vakuu. Elektromagnetické rušení ve vakuu šíří rychlostí světla (c = 299 792 kilometrů za sekundu). Vlnová délka se může lišit. Elektromagnetické vlny z deseti tisíc metrů až 0,005 metrů - to je rádiové vlny, které se používají pro přenos informací nám, že je signál pro určité vzdálenosti bez jakýchkoliv kabelů. Vytvořené rádiové vlny s vysokou frekvencí proudu, který teče v anténě.

Jaké jsou vlny

Je-li délka elektromagnetického záření je v rozmezí od 0,005 mikrometru do 1 metru, tj. Těch, které jsou v rozmezí viditelného světla a radiových vln - je infračervené záření. His emitují Všechny vyhřívané těla: baterie, sporáky, žárovky. Speciální zařízení převést infračervené záření na viditelné světlo, pro získání obrazů předmětů, které ho uvolňují, a to i v úplné tmě. Viditelné světlo emituje vlnové délce 770 až 380 nanometrů - barva se mění z červené na fialovou. Tato část spektra je pro lidský život nanejvýš důležité, protože velká část informací o světě dostáváme skrze vidění.

V případě, že elektromagnetické záření má vlnovou délku menší, než je fialové barvy je ultrafialové světlo, které zabíjí bakterie. Rentgenové paprsky nejsou viditelné pouhým okem. Sotva pohlcují viditelné světlo neprůhledné vrstvy materiálu. X-ray diagnostikováno onemocnění vnitřních orgánů člověka a zvířat. Pokud je elektromagnetické záření generované interakcí elementárních částic a emitované excitovaných jader získaných gama zářením. To je nejvíce široké rozmezí elektromagnetického spektra, protože není omezena na vysoké energie. Gama záření může být měkký a tuhý: energetických přechodů v atomových jader - měkké, a v jaderných reakcích - tuhý. Tyto paprsky snadno strhnout molekul a biologických vlastností. Velký štěstí, že v atmosféře gama záření nemůže projít. Pozorovat záření gama prostoru může být. Při velmi vysokých energiích elektromagnetické interakce šíří rychlostí blízko u světla: gama atomy Quanta rozdrtit jádro, je poškodí do částic, rozptyl v různých směrech. Při brzdění, které vyzařují světlo viditelné ve speciálních teleskopů.

Z minulosti - do budoucna

Elektromagnetické vlny, jak již bylo řečeno, předpovídal Maxwell. Pečlivě studoval a snažil se věří v matematice poněkud naivní obrázky Faraday, na které byly znázorněny magnetické a elektrické jevy. Bylo Maxwell objevil nedostatek symetrie. A to se mu podařilo prokázat řadu rovnic, které střídající elektrická pole generují magnetické a naopak. To ho vedlo k domněnce, že taková pole a oddělit od vodiče se pohybují přes vakuum s nějakou obří rychlostí. A on to pochopil. Rychlost byla blízká trohstam tisíce kilometrů za sekundu.

To je teorie interakce a experiment. Příkladem je otvor, kterým jsme se dozvěděli o existenci elektromagnetických vln. V něm se sešli s pomocí fyziky zcela různorodých koncepcí - magnetismu a elektřiny, protože se jedná o fyzikální jev stejného řádu, jen různé strany ní jsou propojeny. Teorie jsou uspořádány za sebou, a všechny z nich jsou úzce spojeny s navzájem: teorie elektroslabé interakce, například tam, kde stejnou pozici popsané slabé jaderné síly a elektromagnetické, atd. To vše spojuje kvantové chromodynamics, pokrývající silné a elektroslabých interakcí (zde, přesnost zatímco nižší, ale provoz pokračuje). Intenzivně studoval takových oblastech, jako jsou fyzikové kvantové gravitace a teorie strun.

zjištění

Ukazuje se, že prostor kolem nás zcela prostoupený elektromagnetického záření: hvězd a Slunce, Měsíce a jiných nebeských těles, to je sama Země, a každý telefon v rukou člověka a anténní stanice - to vše vysílá elektromagnetické vlny různými jmény , V závislosti na frekvenci kmitání, které vyzařuje objekt se liší infračervené, rádio, viditelné světlo, bio-pole záření, rentgenové záření a podobně.

Je-li elektromagnetické pole distribuován, stává se elektromagnetická vlna. Je to prostě nevyčerpatelného zdroje energie, vibrují elektrické náboje molekul a atomů. A v případě, že poplatek se pohybuje, jeho pohyb se zrychluje, a proto vyzařuje elektromagnetické vlny. Pokud se změny magnetického pole, pole je buzen elektrickou vír, který zase budí magnetické pole vír. Proces prochází prostorem, který zahrnuje jeden bod za druhým.