Partiċelli interazzjoni elettromanjetiċi

Dan l-artikolu se tħares lejn dak li jissejjaħ l-forzi tan-natura - l-interazzjoni elettromanjetika fundamentali u l-prinċipji li fuqhom hija mibnija. Hemm ser ikunu avżati wkoll dwar il-possibbiltà tal-eżistenza ta 'approċċi ġodda għall-istudju ta' dan is-suġġett. Fl-iskola fil-klassijiet fiżika, l-istudenti huma ffaċċjati bi spjegazzjoni tal-kunċett ta ' "forza". Huma jsiru jafu li l-enerġija jistgħu jkunu differenti ħafna - il-forza ta 'frizzjoni, il-forza tal-gravità, elastiċità u s-saħħa ta' ħafna simili. Mhux kollha kemm huma jistgħu jiġu msejħa fundamentali, kif ħafna drabi l-fenomenu tal-forza sekondarja (forza ta 'frizzjoni, per eżempju, ma' l-interazzjoni tagħha tal-molekuli). L-interazzjoni elettromanjetika tista 'wkoll tkun sekondarja - bħala konsegwenza. Molekulari Fiżika tagħti l-eżempju ta 'Van der forza Waals. jagħti wkoll ħafna eżempji u l-fiżika tal-partiċelli elementari.

Fin-natura,

Nixtieq li jasal sal-essenza tal-proċessi li jseħħu fin-natura, kif qed jagħmel minna xogħol l-interazzjoni elettromanjetika. X'inhi eżattament l-forza fundamentali li jiddetermina kollha mibnija forzi sekondarji tagħha? Kulhadd jaf li l-interazzjoni elettromanjetika, jew, kif huwa msejjaħ, l-enerġija elettrika hija fundamentali. Dan huwa evidenzjat mill-liġi Coulomb, li għandha ġeneralizzazzjoni tagħha stess li jirriżultaw mill-ekwazzjonijiet Maxwell. Reċenti jiddeskrivu forzi manjetiċi u elettriċi kollha li jseħħu b'mod naturali. Dan hu għaliex huwa ppruvat li l-interazzjoni tal-kampi elettromanjetiċi - forzi fundamentali tan-natura. -Eżempju li ġej - il-forza tal-gravità. Anki iskola taf dwar il-liġi tal-gravità universali Isaaka Nyutona, li wkoll reċentement ltqajna ġeneralizzazzjoni xieraq ta 'ekwazzjonijiet Einstein, u, skond teorija tiegħu ta' gravità, il-forza tal-interazzjoni elettromanjetika hija fundamentali fin-natura, wisq.

Darba waħda kien maħsub li hemm biss dawn iż-żewġ forzi fundamentali, iżda xjenza ippreżentaw irwieħhom, gradwalment jipprova li dan ma jkunx hekk. Per eżempju, bl-iskoperta tal-nukleu atomiku kellna biex jintroduċu l-kunċett ta 'enerġija nukleari, jew kif jifhmu l-prinċipju ta' żamma ta 'partiċelli ġewwa l-nukleu, għaliex ma jtajru l bogħod fid-direzzjonijiet kollha. Fehim kif l-interazzjoni elettromanjetika fin-natura, għen ikejjel il-forzi nukleari, għall-istudju u tiddeskrivi. Sussegwentement, madankollu, il-xjenzjati waslet għall-konklużjoni li l-forzi nukleari huma sekondarji u f'ħafna manifestazzjonijiet bħall-Van der forza Waals. Fil-fatt, il-forzi biss verament fundamentali li jipprovdu l-Quarks jinteraġixxu ma 'xulxin. Imbagħad - effett sekondarju - hija l-interazzjoni bejn l-oqsma elettromanjetiċi ta 'l-protoni u newtroni fin-nukleu. Tassew fundamentali huwa l-interazzjoni ta 'Quarks, gluons jiġu skambjati. Għalhekk ġiet skoperta fin-natura huwa verament il-tielet forza fundamentali.

Kontinwazzjoni tal-istorja

partiċelli elementari tmermir, tqil - fuq il-eħfef, u t-tmermir tagħhom jiddeskrivi l-qawwa ġdida ta 'l-interazzjoni elettromanjetika, li huwa msemmi tajjeb - il-qawwa ta' l-interazzjoni dgħajfa. Għaliex foqra? Minħabba interferenza elettromanjetika fin-natura huwa ferm aktar b'saħħtu. U għal darb'oħra, rriżulta li t-teorija ta 'interazzjonijiet dgħajfa, sabiex gracefully imbarkaw fl-istampa tad-dinja u oriġinarjament perfettament tiddeskrivi l-tħassir ta' partiċelli elementari, ma jirriflettux l-istess dogma, jekk l-enerġija tiżdied. Huwa għalhekk li l-teorija qadima ġiet ġġeddu għall-ieħor - teorija ta 'l-interazzjoni dgħajfa, din id-darba ppruvat li jkun universali. Għalkemm kien mibni kien fuq l-istess prinċipji bħall-bqija tat-teorija tiddeskrivi l-interazzjoni elettromanjetika ta 'partiċelli. Fi żminijiet moderni, hemm erba 'interazzjonijiet studjata u ppruvati fundamentali, u l-ħames - fuq it-triq, dwar lilu se jidħlu. L-erba - gravitazzjonali, qawwija, dgħajfa, elettromanjetika - huma mibnija fuq prinċipju wieħed: il-forza ġġenerata bejn il-partiċelli hija r-riżultat ta 'trasportatur qsim Implimentata, jew inkella - medjatur interazzjoni.

X'tip ta 'assistent? Dan foton - mingħajr massa tal-partiċelli, iżda madankollu b'suċċess tibni interferenza elettromanjetika minħabba jiskambjaw quantum ta 'mewġ elettromanjetiku jew quantum dawl. L-interazzjoni elettromanjetika titwettaq mill photons fil-qasam ta 'partiċelli ċċarġjati, li jikkomunikaw b'forza ċerti, bħala l-ħin u tittratta liġi tal-Coulomb. Hemm partiċelli massless waħda - gluon, huwa għandu tmien varjetajiet, dan jgħin jikkomunikaw Quarks. Din l-interazzjoni elettromanjetika huwa attrazzjoni bejn it-tariffi, u huwa qal li tkun b'saħħitha. Iva, u l-interazzjoni dgħajfa mhuwiex mingħajr intermedjarji, li magħhom l-azzar partiċelli b'massa aktar minn dan, huma enormi, li huwa tqil. Dan bosons vector intermedji. piż tagħhom u l-piż huwa dovut għall-dgħjufija ta 'l-interazzjoni. Gravità huwa l-forza iskambji qasam gravitazzjonali kwantum. Dan huwa l-attrazzjoni ta 'l-interazzjoni elettromanjetika ta' partiċelli, għadu mhux biżżejjed studjat, anke graviton sperimentali għadha mhix skoperti, u l-gravità tal-kwantum m'aħniex pjuttost hemm, u biss għaliex għandna biex jiddeskrivu li tista għadhom le.

ħames seħħ

Aħna kkunsidrati erba 'tipi ta' interazzjonijiet fundamentali: qawwi, dgħajjef, elettromanjetiċi, gravitazzjonali. Interazzjoni - huwa att ta 'skambju ta' partiċelli, u l-ebda idea ta 'simetrija ma tistax tagħmel, għaliex m'hemm l-ebda interazzjoni li mhumiex assoċjati miegħu. Dan jiddetermina l-għadd ta 'partiċelli u l-massa tagħhom. Bl-simetrija eżatta ta 'massa huwa dejjem żero. Għalhekk, il-foton u l-massa gluon mhuwiex, huwa ugwali għal żero, il graviton - wisq. Jekk simetrija hija maqsuma, il-massa ma jibqax żero. Għalhekk, il-Bison vector intermedji għandhom massa, minħabba li l-simetrija hija maqsuma. L-erba 'interazzjonijiet fundamentali spjegat dak kollu li naraw u jħossu. Il-forzi li jifdal jgħidu li l-igganċjar elettromanjetiku tagħhom hija sekondarja. Madankollu, fl-2012 kien hemm breakthrough fix-xjenza u ġiet skoperta partiċelli ieħor, ladarba saru famużi. A rivoluzzjoni fid-dinja xjentifika organizza-ftuħ tal-boson Higgs, li, peress li rriżulta, isservi wkoll bħala trasportatur ta 'l-interazzjonijiet bejn Quarks u leptons.

Dan huwa għaliex xjentisti-fiżiċi issa jgħidu li kien hemm wieħed minn kull ħamsa forza, l-intermedjarju ta 'li irriżultaw li huma l-boson Higgs. Simetrija hija maqsuma hawn: mill-boson Higgs għandu massa. Għalhekk in-numru ta 'interazzjonijiet (-kelma fil-fiżika tal-partiċelli moderna hija sostitwita bil-kelma "forza") laħaq ħamsa. Forsi aħna qed jistennewk skoperti ġodda, peress li ma nafux eżattament jekk hemmx anke apparti minn dawn l-interazzjonijiet. Huwa ferm possibbli li aħna bnejna, u llum dan il-mudell, jidher perfettament jispjega l-fenomeni kollha osservati fid-dinja, u huwa pjuttost mhux kompluta. U forsi, wara xi żmien se jkun hemm interazzjonijiet ġodda u s-saħħa ġodda. Il-probabilità ta 'tali hemm mill-inqas għaliex aħna gradwalment ħafna tgħallimna li bħalissa hemm magħrufa interazzjonijiet fundamentali - qawwija, dgħajfa, elettromanjetiċi, gravitazzjonali. Wara kollox, jekk ikun hemm fin-natura ta 'partiċelli supersymmetric, li huma diskussi fid-dinja xjentifika, dan ifisser l-eżistenza ta' simetrija ġdid, u simetrija dejjem tinvolvi l-ħolqien ta 'partiċelli ġodda li jagħmilha ta' medjatur bejniethom. Għalhekk, aħna tisma tal-forza fundamentali preċedentement mhux magħrufa, kif darba kien sorpriż li jitgħallmu li hemm, per eżempju, elettromanjetika, l-interazzjoni dgħajfa. Għarfien dwar in-natura tagħna stess inkompleti ħafna.

interkonnettività

L-aktar ħaġa interessanti hija li kwalunkwe interazzjoni ġdid għandha neċessarjament twassal għal fenomenu kompletament mhux magħrufa. Per eżempju, jekk aħna ma tgħallmu dwar l-interazzjoni dgħajfa, aħna qatt ma skoprew il-kollass, u jekk dan ma kienx fl-għarfien tagħna ta 'tħassir, l-ebda studju ta' reazzjoni nukleari kien ikun impossibbli. U jekk aħna ma kinux konxji ta 'reazzjonijiet nukleari, ma jifhem kif il-xemx tiffoka fuqna. Wara kollox, jekk hija ma shine, u l-ħajja fid-Dinja ma għandha tkun iffurmata. Allura li l-preżenza ta 'l-interazzjoni jindika li huwa importanti ħafna. Jekk il-interazzjoni qawwija ma teżistix, u nuklei atomiċi ma tkunx stabbli. Minħabba l-interazzjoni elettromanjetika Dinja jirċievi enerġija mix-xemx, u l-raġġi tad-dawl li jaslu minnu, saħħan il-pjaneta. U l-interazzjonijiet kollha magħrufa huma essenzjali. Hawnhekk Higgs, per eżempju. Higgs boson jipprovdi massa tal-partiċelli permezz ta 'interazzjoni mal-qasam, aħna huma mingħajr ma kinitx issalva. U kif, mingħajr l-interazzjoni gravitazzjonali biex jibqgħu fuq il-wiċċ tal-pjaneta? Ikun impossibbli mhux biss għalina, iżda xejn affattu.

Assolutament kollha tal-interazzjonijiet, anke dawk li aħna għadhom ma jafux, huwa għandu li dak kollu li l-umanità jaf, jifhem u tant iħobb hemmhekk. X'nistgħu nagħmlu? Iva, ħafna. Per eżempju, nafu li l-proton huwa stabbli fl-nukleu. Ħafna, importanti ħafna għalina, din l-istabbiltà tagħha, inkella l-istess mod ma jkun hemm ebda ħajja. Madankollu, esperimenti jissuġġerixxu li l-ħajja tal-protoni - valur taż-żmien limitat. Twil, naturalment, 10 ³⁴ snin. Iżda dan ifisser li llum jew għada jaqgħu barra, u l-protoni, u dan se jeħtieġu xi forza ġdida, li hija interazzjoni ġdid. Kontra protoni diżintegrazzjoni diġà jeżistu teorija li assuma ġdid, grad ferm ogħla ta 'simetrija, għalhekk, interazzjoni ġdida tista' teżisti li ma nafux xejn.

unifikazzjoni grand

L-unità ta 'natura hija l-unika prinċipju ta' kostruzzjoni ta 'interazzjonijiet fundamentali kollha. Ħafna mistoqsijiet relatati man-numru minnhom u jispjegaw ir-raġunijiet għal din il-kwantità partikolari. Verżjonijiet mibnija hawn kbir ħafna, u huma differenti ħafna fil-konklużjonijiet milħuqa. Spjega l-preżenza ta 'ftit numru bħal dan ta' interazzjonijiet fundamentali fil-modi kollha possibbli, iżda huma prinċipju wieħed ta 'evidenza tal-bini. Dejjem l-aktar tipi differenti ta 'interazzjonijiet, ir-riċerkaturi qed jippruvaw jingħaqdu f'waħda. Għalhekk dawn it-teoriji u t-teoriji imsejħa Dukat Unifikata. Peress li jekk il-friegħi tas-siġar dinja: pluralità ta 'fergħat, u l-tronk huwa dejjem l-istess.

Dak għax hemm dawn it-teoriji kollha unifikazzjoni idea. L-għerq tal-interazzjonijiet kollha magħrufa ta 'wieħed għalf zokk, li hija kawża tat-telf tas-simmetrija bdew fergħa u ffurmaw interazzjonijiet fundamentali varji, li nistgħu josservaw sperimentali. Din l-ipoteżi ma setgħetx tiġi vverifikata għadhom, minħabba li dan jirrikjedi fiżika enerġija estremament għoljin, esperimenti inaċċessibbli illum. Huwa ferm possibbli, u din hija għażla li għandna qatt ma jkollux dawn l-enerġiji. Iżda madwar dan l-ostaklu huwa kompletament possibbli.

apparti

Għandna univers, l-aċċeleratur naturali, u l-proċessi li jseħħu fiha, jagħmilha possibbli li ssir verifika anki l-ipoteżi l-aktar awdaċi dwar għeruq komuni ta 'interazzjonijiet magħrufa kollha. Xogħol ieħor interessanti ta 'fehim tal-interazzjonijiet fin-natura hija forsi saħansitra aktar kumplessa. Huwa meħtieġ li wieħed jifhem kif jirrelataw gravità mal-forzi oħra tan-natura. Din hija l-interazzjoni fundamentali stands kif separatament, minkejja l-fatt li skont il-prinċipju ta 'kostruzzjoni ta' din it-teorija huwa simili għall-oħrajn kollha.

Einstein studja t-teorija tal-gravità, jippruvaw rabta ma 'electromagnetism. Minkejja r-realtà seeming biex issolvi din il-problema, allura l-teorija għadu ma ġara. Issa umanità jaf daqsxejn aktar, għall-inqas nafu dwar l-interazzjonijiet b'saħħithom u dgħajfa. U jekk issa l-kostruzzjoni kompluta tat-teorija unifikata, se ċertament jaffettwa darb'oħra n-nuqqas ta 'għarfien. S'issa rrinunzjaw milli jqiegħdu gravità huwa b'parità ma 'l-interazzjonijiet oħra, peress li l jobdu l-liġijiet ddettati mill-fiżika quantum u l-gravità - l-ebda. Skond it-teorija tal-kwantum, partikoli kollha huma l-quanta ta 'qasam partikolari. Iżda gravità quantum ma jeżistux, għallinqas għadhom le. Madankollu, in-numru ta 'interazzjonijiet diġà skoprew jirrepeti loudly dwar dak li ma jistax ikun hemm skema waħda.

kamp elettriku

Lura fl-1860, il-kbir dsatax fiżiċista seklu James Clerk Maxwell suċċess fil-ħolqien teorija tispjega l-induzzjoni elettromanjetika. Meta sseħħ bidla fil-kamp manjetiku b'ċertu punt fl-ispazju ta 'kamp elettriku. Jekk dan il-qasam jinstab konduttur magħluqa, il-flussi l-induzzjoni attwali fil-kamp elettriku. teorija tiegħu tal-kampi elettromanjetiċi Maxwell juri li proċess reverse probabbli: jekk bidla fil-ħin tal-kamp elettriku b'ċertu punt fl-ispazju se tkun meħtieġa kamp manjetiku. Sabiex kwalunkwe bidla jista 'jikkawża kamp elettriku jvarjaw, u jista' jikseb bidla fil-kamp manjetiku elettriku alternanti fil-ħin kamp manjetiku. Dawn il-varjabbli, jiġġeneraw kull oqsma oħra organizzati mill-kamp unifikata - elettromanjetiku.

L-aktar riżultat importanti li jirriżulta mill-formulae teorija Maxwell - tbassir li hemm mewġ elettromanjetiku, jiġifieri propagazzjoni kamp elettromanjetiku fil-ħin u l-ispazju. Is-sors tal-kamp elettromanjetiku huma jimxu bi ħlasijiet elettriku aċċelerazzjoni. B'differenza akustika mewġ elettromanjetiku (elastiku) jistgħu jitkabbru fi kwalunkwe materjal, anke fil-vakwu. interferenza elettromanjetika fil-vakwu tinfirix bil-veloċità tad-dawl (c = 299 792 kilometru kull sekonda). Il-wavelength tista 'tkun differenti. mewġ elettromanjetiku minn għaxart elef metru sa 0,005 metru - dan huwa mewġ tar-radju li huma wżati biex jittrasmettu informazzjoni lilna, jiġifieri l-sinjal għall-ċerta distanza mingħajr wajers. mewġ tar-radju maħluqa fil kurrenti frekwenza għolja li l-flussi fil-antenna.

X'inhuma l-mewġ

Jekk it-tul tar-radjazzjoni elettromanjetika tvarja minn 0.005 mikrometru għal 1 metru, jiġifieri dawk li huma fil-medda ta 'bejn dawl u tar-radju mewġ viżibbli - huwa radjazzjoni infra-ħamra. jarmu korpi tiegħu kollha imsaħħna: batteriji, stufi, lampi inkandexxenti. Mezzi speċjali jikkonvertu radjazzjoni infra-ħamra fis-dawl viżibbli, biex tikseb immaġini ta 'oġġetti li jarmu dan, anki fid-dlam assolut. dawl viżibbli temetti wavelength ta '770 sa 380 nanometers - il-kulur jinbidel minn aħmar għal vjola. Dan il-porzjon tal-ispettru għandha għall-ħajja umana importanza kbira, peress li parti kbira ta 'l-informazzjoni dwar id-dinja li nirċievu permezz viżjoni.

Jekk il-radjazzjoni elettromanjetika jkollu wavelength inqas minn kulur vjola hija dawl ultravjola li joqtol il-batterji. X-rays mhumiex viżibbli għall-għajn. Dawn bilkemm jassorbu saffi opaki dawl viżibbli ta 'materjal. X-ray mard tal-organi interni tal-bnedmin u annimali dijanjostikati. Jekk il-radjazzjoni elettromanjetika huwa ġġenerat mill-interazzjoni ta 'partiċelli elementari u joħroġ mill nuklei eċċitati miksuba minn radjazzjoni gamma. Dan huwa l-aktar firxa wiesgħa fl-ispettru elettromanjetiku minħabba li mhuwiex limitat għal enerġiji għolja. radjazzjoni gamma tista 'tkun ratba u iebsa: transizzjonijiet enerġija fi ħdan nukleji atomiċi - artab, u fir-reazzjonijiet nukleari - riġidi. Dawn ir-raġġi faċilment jiġbdu l-molekuli u l-karatteristiċi bijoloġiċi. kuntentizza kbira li fl-atmosfera ta 'raġġi gamma ma jistgħux jiksbu permezz. Josservaw raġġi gamma mill-ispazju jista 'jkun. Fil-enerġiji għolja ħafna l-interazzjoni elettromanjetika tinfirix b'veloċità qrib il-dawl: atomi nukleu tgħaffiġ quanta gamma, distinzjoni skond fi frak, tifrix f'direzzjonijiet differenti. Meta ibbrejkjar, huma jarmu dawl, viżibbli fil teleskopji speċjali.

Mill-passat - il-futur

mewġ elettromanjetiku, kif intqal, previst mill-Maxwell. Huwa studjata bir-reqqa u ppruvaw biex jemmnu fil-matematika istampi ftit naïve Faraday, li fuqhom il-fenomeni manjetiċi u elettriċi kienu murija. Kien Maxwell skoperti nuqqas ta 'simetrija. U li huwa kien kapaċi jipprova numru ta 'ekwazzjonijiet li jalternaw kampi elettriċi jiġġeneraw manjetiċi u viċi versa. Dan wassal lilu biex jemmnu li tali oqsma u aqla mill-kondutturi jgħaddu minn vakwu ma 'xi veloċità ġgant. U hu dehret. Veloċità kien qrib trohstam eluf ta 'kilometri kull sekonda.

C'est teorija interazzjoni u esperiment. Eżempju huwa l-fetħa li minnha aħna tgħallimna dwar l-eżistenza ta 'mewġ elettromanjetiku. Fiha ingħaqdu flimkien bl-għajnuna ta fiżika kunċetti assolutament eteroġeni - manjetiżmu u l-elettriku, kif huwa fenomenu fiżika tal-istess ordni, biss naħat differenti ta 'dan huma fil-komunikazzjoni. Teoriji huma rranġati waħda wara l-oħra, u kollha kemm huma relatati mill-qrib ma 'xulxin: l-teorija ta' interazzjoni electroweak, per eżempju, fejn l-istess pożizzjoni deskritta mill-forza dgħajfa nukleari u elettromanjetiċi, eċċ Dan kollu tgħaqqad chromodynamics quantum, li jkopri l-interazzjonijiet qawwija u electroweak (hawn, il-preċiżjoni filwaqt li aktar baxxa iżda l-operazzjoni tkompli). Intensiv studjat dawn iż-żoni fiżiċi bħall-gravità u l-quantum teorija sekwenza.

sejbiet

Jirriżulta li l-ispazju madwar us kompletament nixxew bir-radjazzjoni elettromanjetika: l-istilel u x-xemx, qamar u korpi ċelesti oħra, huwa l-Dinja innifsu, u kull telefon fl-idejn tal-bniedem, u l-istazzjonijiet antenna - dan kollu jarmi raġġi elettromanjetiċi ta 'ismijiet differenti . Jiddependi fuq il-frekwenza ta 'l-oxxillazzjonijiet, li tifrex l-oġġett differenti infra-aħmar, radju, dawl viżibbli, raġġi bijo-qasam, raġġi-X u simili.

Meta kamp elettromanjetiku hija mqassma, dan isir mewġ elettromanjetiku. Huwa sempliċiment sors ineżawribbli ta 'enerġija, jivvibraw l-imposti elettriċi ta' l-molekuli u l-atomi. U jekk il-ħlas joxxilla, mozzjoni hija mgħaġġla, u għalhekk jarmi raġġi elettromanjetiċi. Jekk il-bidliet kamp manjetiku, il-qasam huwa eċċitati bl vortex elettriku li, imbagħad, excites-kamp vortex manjetiku. Il-proċess tmur permezz ta 'spazju, li tħaddan punt wieħed wara l-oħra.