Elektromagnetiese interaksie deeltjies

In hierdie artikel sal kyk na wat die kragte van die natuur genoem - die fundamentele elektromagnetiese interaksie en die beginsels waarop dit gebou is. Daar sal ook ingelig word oor die moontlikheid van die bestaan van nuwe benaderings tot die studie van hierdie onderwerp. By die skool in fisika klasse, word studente in die gesig gestaar met 'n verduideliking van die konsep van "krag". Hulle leer dat die krag baie uiteenlopend kan wees - die wrywingskrag, die krag van swaartekrag, elastisiteit en sterkte van baie soortgelyk. Nie almal van hulle kan fundamentele genoem word, soos dikwels die verskynsel van sekondêre krag (wrywingskrag, byvoorbeeld, met sy interaksie van die molekules). Die elektromagnetiese interaksie kan ook sekondêre wees - as 'n gevolg. Molekulêre fisika gee die voorbeeld van Van der Waals krag. gee ook talle voorbeelde en elementêre deeltjies.

In die natuur,

Ek wil graag die essensie van die prosesse wat in die natuur te kry, want dit maak ons werk die elektromagnetiese interaksie. Wat presies is die fundamentele krag wat al sy sekondêre magte, bepaal gebou? Almal weet dat die elektromagnetiese interaksie, of, soos dit genoem word, elektriese krag is fundamenteel. Dit is bewys deur Coulomb se wet, wat sy eie veralgemening wat spruit uit die Maxwellvergelykings het. Onlangse beskryf al wat natuurlik voorkom magnetiese en elektriese kragte. Daarom is dit bewys word dat die interaksie van elektromagnetiese velde - fundamentele kragte van die natuur. Die volgende voorbeeld - die krag van swaartekrag. Selfs skoolkinders weet oor die wet van universele gravitasie Isaaka Nyutona, wat ook onlangs het 'n behoorlike veralgemening van vergelykings Einstein se, en, volgens sy teorie van swaartekrag, die krag van die elektromagnetiese interaksie is fundamenteel in die natuur, ook.

Eens op 'n tyd was dit geglo dat daar slegs hierdie twee fundamentele kragte, maar die wetenskap het na vore gekom, geleidelik om te bewys dat dit nie so nie. Byvoorbeeld, met die ontdekking van die atoomkern moes ons die konsep van kernkrag, of hoe om die beginsel van behoud van deeltjies in die kern, te verstaan waarom hulle nie weg vlieg in alle rigtings in te voer. Verstaan hoe die elektromagnetiese interaksie in die natuur, het gehelp om te meet die kernkragte, te studeer en te beskryf. Daarna egter, het die wetenskaplikes tot die gevolgtrekking gekom dat kernkragte is sekondêre en in baie manifestasies soos die Van der Waals krag. Trouens, net regtig fundamentele kragte wat die kwarke bied interaksie met mekaar. Dan - 'n sekondêre effek - is die interaksie tussen die elektromagnetiese velde van die protone en neutrone in die kern. Werklik fundamentele is die interaksie van kwarke, is gluons verruil. So ontdek in die natuur is regtig die derde fundamentele krag.

Voortsetting van die storie

Elementêre deeltjies verval, swaar - op die ligter, en hulle verval beskryf die nuwe krag van die elektromagnetiese interaksie, wat goed is vernoem - die krag van die swak interaksie. Hoekom armes? Omdat elektromagnetiese interferensie in die natuur is baie sterker. En weer, het dit geblyk dat die teorie van swak interaksies, so grasieus begin in die prentjie van die wêreld en oorspronklik perfek beskryf die verval van elementêre deeltjies, moenie dieselfde postulate nie weerspieël, as die energie verhoog. Dit is waarom die ou teorie is herontwerp om 'n ander - 'n teorie van die swak interaksie, hierdie keer bewys universele te wees. Alhoewel dit gebou was dit op dieselfde beginsels as die res van die teorie beskryf die elektromagnetiese interaksie van deeltjies. In die moderne tyd, is daar vier bestudeer en bewys fundamentele interaksies, en die vyfde - op die pad, oor hom sal dit kom. Al vier - swaartekrag, sterk, swak, elektromagnetiese - is gebou op 'n enkele beginsel: die krag gegenereer tussen die deeltjies is die gevolg van 'n deel Geïmplementeer draer, of andersins - bemiddel interaksie.

Watter soort van 'n assistent? Hierdie foton - sonder deeltjie massa, maar nogtans suksesvol bou elektromagnetiese interferensie as gevolg van 'n omvang van elektromagnetiese golwe of lig kwantum ruil. Die elektromagnetiese interaksie word uitgevoer deur fotone oorgedra in die veld van gelaaide deeltjies, wat kommunikeer met 'n sekere krag, as die tyd dit en behandel wet die Coulomb se. Daar is 'n massalose deeltjie - gluon, dit het agt rasse, dit help kommunikeer kwarke. Dit elektromagnetiese interaksie is 'n aantrekkingskrag tussen ladings, en dit word gesê om sterk te wees. Ja, en die swak interaksie is nie sonder tussengangers, waarmee staal deeltjies met 'n massa meer as dit, hulle is groot, dit is swaar. Dit intermediêre vektor bosone. Hul gewig en die gewig is te danke aan die swakheid van die interaksie. Swaartekrag is die krag ruil kwantum gravitasieveld. Dit is die aantrekkingskrag van die elektromagnetiese interaksie van deeltjies, is dit steeds nie genoeg bestudeer het, selfs Graviton eksperimenteel nog nie opgespoor word, en kwantum swaartekrag ons is baie daar nie, en net omdat ons dit kan beskryf nog nie.

vyfde krag

Ons beskou vier tipes fundamentele interaksies: sterk, swak, elektromagnetiese, gravitasie. Interaksie - is 'n daad van die uitruil van deeltjies, en nie 'n idee van simmetrie kan dit nie doen nie, want daar is geen interaksie wat nie verband hou met dit. Dit bepaal die aantal deeltjies en hul massa. Met die presiese simmetrie van massa is altyd nul. So, die foton en die gluon massa is nie, is dit gelyk aan nul, die graviton - ook. As simmetrie is gebreek, die massa ophou om nul wees. So, die intermediêre vektor bison het massa, want die simmetrie is gebreek. Die vier fundamentele interaksies verduidelik alles wat ons sien en voel. Die oorblywende magte sê dat hul elektromagnetiese koppeling is sekondêr. Maar in 2012 was daar 'n deurbraak in die wetenskap en ontdek 'n ander deeltjie, een keer beroemd gemaak. 'N Revolusie in die wetenskaplike wêreld het die organisasie van die opening van die Higgs boson, wat, as dit blyk, ook dien as 'n draer van die interaksies tussen kwarke en leptone.

Dit is waarom wetenskaplikes-fisici nou sê dat daar 'n vyfde van krag is, die tussenganger wat blyk te wees die Higgs boson wees. Simmetrie is hier gebreek: van die Higgs boson het 'n massa. So het die aantal interaksies (die woord in die moderne partikelfisika word vervang deur die woord "krag") bereik het vyf. Miskien moet ons wag vir 'n nuwe ontdekkings, want ons weet nie presies of daar selfs afgesien van hierdie interaksies te leer ken. Dit is baie moontlik dat ons gebou, en vandag hierdie model, sal dit perfek lyk verduidelik al die verskynsels wat waargeneem word in die wêreld, en is nie heeltemal voltooi. En miskien, na 'n tyd sal daar nuwe interaksies en nuwe krag. Die waarskynlikheid van sulke dinge is ten minste omdat ons baie geleidelik geleer dat daar tans bekend fundamentele interaksies - sterk, swak, elektromagnetiese, gravitasie. Na alles, as daar is in die aard van supersimmetriese deeltjies, wat bespreek word in die wetenskaplike wêreld, dit beteken die bestaan van 'n nuwe simmetrie, en simmetrie behels altyd die opkoms van nuwe deeltjies wat bemiddel tussen hulle. So, hoor ons van 'n voorheen onbekende fundamentele krag, as een keer was verbaas om te verneem dat daar, byvoorbeeld, elektromagnetiese, swak interaksie. Kennis met betrekking tot ons eie natuur baie onvolledig.

inter

Die mees interessante ding is dat enige nuwe interaksie noodwendig moet lei tot 'n heeltemal onbekende verskynsel. Byvoorbeeld, as ons nie geleer het oor die swak interaksie, sou ons nooit die ineenstorting ontdek, en as dit nie was in ons kennis van verval, sou geen studie van kernreaksie onmoontlik gewees het. En as ons nie bewus van kernreaksies, nie sou verstaan hoe die son skyn op ons. Na alles, as dit nie skyn nie, en die lewe op aarde sou nie gevorm word. Sodat die teenwoordigheid van die interaksie dui daarop dat dit is van kardinale belang. As die sterk interaksie bestaan nie, en atoomkerne sou nie stabiel wees. As gevolg van die elektromagnetiese interaksie Aarde ontvang energie vanaf die son, en die lig strale kom van hom af, warm die planeet. En al die bekende interaksies is noodsaaklik. Hier Higgs, byvoorbeeld. Higgs boson bied deeltjie massa deur interaksie met die gebied, is ons sonder dit nie sou oorleef het. En hoe, sonder die gravitasie interaksie te op die oppervlak van die planeet bly? Dit sou onmoontlik wees nie net vir ons nie, maar glad niks nie.

Absoluut alles van die interaksies, selfs diegene wat ons weet nog nie, is 'n moet om alles wat die mensdom weet, verstaan en lief vir daar. Wat kan ons weet? Ja, 'n baie. Byvoorbeeld, ons weet dat die proton is stabiel in die kern. Baie, baie belangrik vir ons, dit sy stabiliteit, anders dieselfde manier sou daar geen lewe wees. Maar eksperimente dui daarop dat proton lewe - tydwaarde beperk. Lang, natuurlik, 10 ³⁴ jaar. Maar dit beteken dat vroeër of later uitmekaar val, en die proton, en dit sal 'n paar nuwe krag verg, dit is 'n nuwe interaksie. Teen verval protone reeds teorie wat 'n nuwe, veel hoër mate van simmetrie aanvaar bestaan dus 'n nuwe interaksie mag bestaan waarvan ons niks weet nie.

Grand eenwording

Die eenheid van die natuur is die enigste beginsel van konstruksie van alle fundamentele interaksies. Baie vrae ontstaan met betrekking tot die aantal van hulle en verduidelik die redes vir hierdie spesifieke hoeveelheid. Weergawes gebou hier 'n groot aantal, en hulle is baie verskillende in die gevolgtrekkings waartoe gekom is. Verduidelik die teenwoordigheid van net so 'n aantal fundamentele interaksies in alle moontlike maniere, maar hulle is 'n enkele beginsel van die bou van bewyse. Altyd die mees verskillende soorte interaksies, navorsers probeer om saam te smelt in een. Daarom so teorieë en teorieë genoem Grand Unified. Asof die wêreld boomtakke: 'n pluraliteit van takke, en die stam is altyd dieselfde.

Dit is omdat daar al hierdie teorieë verenigende idee. Die wortel van alle bekende interaksies van 'n enkele voer 'n stam, wat as gevolg van die verlies van simmetrie begin vertak en gevorm verskeie fundamentele interaksies, wat ons eksperimenteel kan waarneem. Hierdie hipotese kon nog nie bevestig word nie, want dit ontoeganklik vandag vereis 'n baie hoë energie fisika, eksperimente. Dit is baie moontlik, en dit is 'n opsie wat ons het nooit nie in besit van hierdie energie. Maar om hierdie struikelblok is heel moontlik.

afgesien

Ons het 'n heelal, die natuurlike versneller, en al die prosesse wat plaasvind in dit, maak dit moontlik om selfs die mees gewaagde hipoteses oor algemene wortels van alle bekende interaksies te gaan. Nog 'n interessante taak van die begrip van die interaksie in die natuur is miskien selfs meer kompleks. Dit is nodig om te verstaan hoe om swaartekrag verband met die ander magte van die natuur. Dit is 'n fundamentele interaksie staan as dit afsonderlik, ten spyte van die feit dat volgens die beginsel van konstruksie van hierdie teorie is soortgelyk aan al die ander.

Einstein bestudeer die teorie van swaartekrag, probeer om dit te koppel met elektromagnetisme. Ten spyte van die oënskynlike werklikheid om hierdie probleem op te los, dan is die teorie nog nie gebeur het nie. Nou die mensdom weet 'n bietjie meer, ten minste wat ons weet oor die sterk en swak interaksies. En as nou die volledige konstruksie van die verenigde teorie, dit sal beslis weer invloed op die gebrek aan kennis. Tot nou toe versuim het om swaartekrag op 'n gelyke voet met die ander interaksies sit, aangesien al die wette bepaal deur kwantumfisika en swaartekrag gehoorsaam - geen. Volgens kwantumteorie, alle deeltjies is die kwanta van 'n sekere gebied. Maar kwantum swaartekrag bestaan nie, ten minste nog nie. Maar die aantal reeds ontdek interaksies herhaal hard oor wat kan nie 'n enkele skema wees.

elektriese veld

Terug in 1860 die groot negentiende eeu fisikus James Clerk Maxwell daarin geslaag om in die skep van 'n teorie aan die elektromagnetiese induksie te verduidelik. Wanneer 'n verandering in die magnetiese veld in 'n sekere punt in die ruimte 'n elektriese veld. As hierdie veld is gevind geslote dirigent, die induksie stroom vloei in die elektriese veld. Sy teorie van elektromagnetiese velde Maxwell bewys dat waarskynlik omgekeerde proses: as verandering in tyd sal die elektriese veld in 'n sekere punt in die ruimte magneetveld vereis word. So 'n verandering kan 'n wisselende elektriese veld veroorsaak, en kan 'n verandering in die elektriese wisselende magneetveld in die magneetveld tyd kry. Hierdie veranderlikes, genereer mekaar velde georganiseer deur die verenigde veld - elektromagnetiese.

Die belangrikste gevolg wat volg uit formules Maxwell se teorie - 'n voorspelling dat daar elektromagnetiese golwe, dit wil sê voortplantingsmateriaal elektromagnetiese veld in tyd en ruimte. Die bron van die elektromagnetiese veld is beweeg met versnelling elektriese ladings. In teenstelling met akoestiese (rek) elektromagnetiese golwe kan voortplant in enige materiaal, selfs in vacuo. Elektromagnetiese interferensie in vacuo propageer met spoed van lig (c = 299 792 kilometer per sekonde). Die golflengte kan anders wees. Elektromagnetiese golwe uit tien duisend meter tot 0005 meter - dit is radio golwe wat gebruik word om inligting oor te dra aan ons, dit wil sê die sein vir 'n sekere afstand sonder enige drade. Geskep radiogolwe teen 'n hoë frekwensie stroom wat in die antenna vloei.

Wat is die golwe

As die lengte van die elektromagnetiese straling wissel van 0,005 mikrometer tot 1 meter, dit wil sê diegene wat in die reeks tussen sigbare lig en radiogolwe - is infrarooi bestraling. Sy stoot al verhitte liggame: batterye, stowe, gloeilampe. Spesiale toestelle omskep infrarooi straling in sigbare lig, om beelde van voorwerpe wat dit uitstraal, selfs in absolute donkerte te verkry. Sigbare lig straal 'n golflengte van 770-380 nanometer - die kleur kleur van rooi na pers. Hierdie gedeelte van die spektrum het vir die mens se lewe die uiterste belang, omdat 'n groot deel van die inligting oor die wêreld waarin ons deur visie ontvang.

As die elektromagnetiese bestraling het 'n golflengte minder as die pers kleur is ultraviolet lig dat bakterieë dood. X-strale is nie sigbaar vir die oog. Hulle absorbeer skaars sigbare lig ondeursigtig lae materiaal. X-straal gediagnoseer siektes van interne organe van mense en diere. As die elektromagnetiese straling word gegenereer deur interaksie van elementêre deeltjies en wat uitgestraal word deur opgewonde kerne verkry deur gammastraling. Dit is die mees wye verskeidenheid in die elektromagnetiese spektrum, want dit is nie beperk tot 'n hoë energie. Gammastraling kan wees sag en taai: energie-oorgange binne atoomkerne - sagte, en in kernreaksies - styf. Hierdie strale maklik afbreek molekules en biologiese eienskappe. Groot geluk wat in die atmosfeer van gammastrale kan nie deurkom nie. Neem waar gammastrale uit die ruimte kan wees. Teen 'n baie hoë energie die elektromagnetiese interaksie propageer teen 'n spoed naby aan die lig: gamma kwanta geliefdes kern atome, breek hulle af na deeltjies, verstrooiing in verskillende rigtings. Wanneer gerem, hulle lig uitstraal, sigbaar in spesiale teleskope.

Uit die verlede - die toekoms

Elektromagnetiese golwe, soos reeds gesê, voorspel deur Maxwell. Hy noukeurig bestudeer en probeer om te glo in wiskunde effens naïef foto Faraday, waarop die magnetiese en elektriese verskynsels is uitgebeeld. Dit was Maxwell ontdek 'n gebrek aan simmetrie. En dat hy in staat was om 'n aantal vergelykings wat afwisselend elektriese velde genereer magnetiese en omgekeerd bewys was. Dit het daartoe gelei dat hy glo dat sulke velde en losmaak van die dirigente is verskuif deur middel van 'n vakuum met 'n paar reuse-spoed. En hy het gedink dit. Spoed is naby aan duisende trohstam kilometers per sekonde.

Dis interaksie teorie en eksperiment. 'N Voorbeeld is die opening waardeur ons geleer het oor die bestaan van elektromagnetiese golwe. In dit saam met die hulp van fisika absoluut heterogene konsepte gekom - magnetisme en elektrisiteit, aangesien dit 'n fisiese verskynsel van dieselfde orde, net verskillende kante van dit is in kommunikasie. Teorieë gerangskik een agter die ander, en almal van hulle is nou verwant aan mekaar: die teorie van elektroswak interaksie, byvoorbeeld, waar dieselfde posisie beskryf deur die swak kernkrag en elektromagnetiese, ens Al hierdie kombineer kwantum chromodynamics, wat die sterk en elektroswak interaksies (hier, akkuraatheid terwyl laer, maar die operasie gaan voort). Intensief bestudeer gebiede soos fisici as kwantum swaartekrag en string teorie.

bevindings

Dit blyk dat die ruimte rondom ons heeltemal deurdring met elektromagnetiese straling: die sterre en die son, maan en ander hemelliggame, dit is die aarde self, en elke telefoon in die hande van die mens, en antenna stasies - dit alles straal elektromagnetiese golwe van verskillende name . Afhangende van die frekwensie van die ossillasies, wat straal die voorwerp verskil infrarooi, radio, sigbare lig, bio-veld strale, X-strale en dies meer.

Wanneer 'n elektromagnetiese veld versprei, word dit 'n elektromagnetiese golf. Dit is eenvoudig 'n onuitputlike bron van energie, vibreer die elektriese ladings van die molekules en atome. En as die lading ossilleer, sy beweging versnel, en straal dus elektromagnetiese golwe. As die magneetveld verander, is die veld opgewonde oor elektriese draaikolk wat op sy beurt, opgewonde die magnetiese draaikolk veld. Die proses gaan deur die ruimte, die aanvaarding van een punt na 'n ander.