Partícules interacció electromagnètica

Aquest article se centra en el que s'anomena les forces de la natura - la interacció electromagnètica fonamentals i els principis sobre els quals està construïda. També es va parlar de la possibilitat de l'existència de nous enfocaments per a l'estudi d'aquest tema. A l'escola, a les classes de física, els estudiants s'enfronten a una explicació del concepte de "força". Ells aprenen que el poder pot ser molt diversa - la força de fricció, la força de la gravetat, elasticitat i resistència de molts similars. No tots ells poden ser cridats fonamental, com és molt sovint el fenomen de la força secundària (força de fregament, per exemple, amb la seva interacció de les molècules). La interacció electromagnètica també pot ser secundària - com a conseqüència. Física molecular dóna l'exemple de Van der Waals força. També dóna molts exemples i física de partícules elementals.

En la naturalesa,

M'agradaria arribar a l'essència dels processos que ocorren en la naturalesa, ja que ens fa treballar la interacció electromagnètica. Què és exactament la força fonamental que determina totes les seves forces secundàries construït? Tothom sap que la interacció electromagnètica, o, com se l'anomena, l'energia elèctrica és fonamental. Això s'evidencia per la llei de Coulomb, que té la seva pròpia generalització derivada de les equacions de Maxwell. Recents descriuen totes les forces magnètiques i elèctriques que es produeixen de forma natural. És per això que es demostra que la interacció dels camps electromagnètics - forces fonamentals de la natura. El següent exemple - la força de gravetat. Fins i tot els escolars saben sobre la llei de gravitació universal Isaaka Nyutona, que també va obtenir recentment una generalització apropiada de les equacions d'Einstein, i, d'acord amb la seva teoria de la gravetat, la força de la interacció electromagnètica és fonamental en la naturalesa, també.

Fa molt de temps es va creure que només hi ha aquestes dues forces fonamentals, però la ciència es va avançar, demostrant poc a poc que no és així. Per exemple, amb el descobriment del nucli atòmic que vam haver de introduir el concepte de l'energia nuclear, o la forma d'entendre el principi de retenció de partícules dins el nucli, per què no volen en totes direccions. La comprensió de com la interacció electromagnètica en la naturalesa, ha ajudat a mesurar les forces nuclears, per estudiar i descriure. Posteriorment, però, els científics van arribar a la conclusió que les forces nuclears són secundàries i en moltes manifestacions com la força de Van der Waals. De fet, les forces únic realment fonamentals que proporcionen els quarks interactuen entre si. Llavors - un efecte secundari - és la interacció entre els camps electromagnètics dels protons i els neutrons en el nucli. Veritablement fonamental és la interacció de quarks, gluons s'intercanvien. Així va ser descobert a la natura és realment la tercera força fonamental.

Continuació de la història

partícules decaïment Primària, pesat - a l'encenedor, i la seva decadència descriu la nova força de la interacció electromagnètica, que és ben nomenat - el poder de la interacció feble. Per què els pobres? A causa de la interferència electromagnètica en la naturalesa és molt més forta. I de nou, va resultar que la teoria de la interacció feble, tan graciosament es va embarcar en el quadre del món i originalment descriu perfectament la desintegració de les partícules elementals, no reflecteixen els mateixos postulats, si s'augmenta l'energia. És per això que la teoria d'edat ha estat redissenyada a un altre - una teoria de la interacció feble, aquest cop va resultar ser universal. Encara que va ser construït que estava en els mateixos principis que la resta de la teoria que descriu la interacció electromagnètica de les partícules. En els temps moderns, hi ha quatre interaccions estudiades i provades fonamentals, i el cinquè - en el camí, sobre ell vindrà. Els quatre - gravitacional, fort, feble, electromagnètica - es construeixen en un sol principi: la força generada entre les partícules és el resultat d'un suport d'intercanvi Implementat, o d'una altra manera - intervenir en la interacció.

Quina classe d'un assistent? Aquest fotó - sense massa de la partícula, però no obstant això amb èxit es basa la interferència electromagnètica causa de l'intercanvi d'un quant d'ones electromagnètiques o quant de llum. La interacció electromagnètica es porta a terme pels fotons en el camp de les partícules carregades, que es comuniquen amb una certa força, com el temps que i tracta la llei de Coulomb. Hi ha una partícula sense massa - gluó, que compta amb vuit varietats, que ajuda a comunicar els quarks. Aquesta interacció electromagnètica és una atracció entre les càrregues, i es diu que ser fort. Sí, i la interacció feble no és sense intermediaris, amb el qual l'acer partícules amb una massa més que això, són enormes, que és pesat. Aquest intermedis bosons vectorials. El seu pes i el pes és degut a la debilitat de la interacció. La gravetat és el camp gravitatori quàntic intercanvis de força. Aquesta és l'atracció de la interacció electromagnètica de les partícules, que encara no és prou estudiada, fins i tot gravitó experimentalment encara no detectat, i la gravetat quàntica no són molt allà, i només perquè hem de descriure-no poden encara.

cinquena força

Es van considerar quatre tipus d'interaccions fonamentals: fort, feble, electromagnètica, gravitatòria. Interacció - és un acte d'intercanvi de partícules, i no tenia idea de simetria no pot fer, perquè no hi ha una interacció que no està associat amb ell. Es determina el nombre de partícules i la seva massa. Amb la simetria exacta de la massa és sempre zero. Per tant, el fotó i la massa gluons no és, és igual a zero, el gravitó - també. Si la simetria es trenca, la massa deixa de ser zero. Per tant, els bisons vector intermedi tenen massa, a causa de que la simetria es trenca. Les quatre interaccions fonamentals expliquen tot el que veiem i sentim. Les forces restants diuen que el seu acoblament electromagnètic és secundari. No obstant això, el 2012 hi va haver un gran avenç en la ciència i es va descobrir una altra partícula, un cop que es va fer famós. Una revolució en el món científic ha organitzat l'obertura del bosó de Higgs, que, com es va veure després, també serveix com un portador de les interaccions entre quarks i leptons.

És per això que els científics-físics diuen ara que hi havia una cinquena força, l'intermediari dels quals va resultar ser el bosó de Higgs. La simetria es trenca aquí: des del bosó de Higgs té una massa. Per tant el nombre d'interaccions (la paraula en la física de partícules moderna se substitueix per la paraula "força") ha assolit 5. Potser estem a l'espera de nous descobriments, ja que no sabem exactament si hi ha fins i tot al marge d'aquestes interaccions. És molt possible que hem construït, i en l'actualitat aquest model, semblaria perfectament explica tots els fenòmens observats en el món, i no és del tot completa. I potser, després d'algun temps hi haurà noves interaccions i noves forces. La probabilitat de tals hi ha almenys perquè vam aprendre molt a poc a poc que es coneixen actualment interaccions fonamentals - fort, feble, electromagnètica, gravitatòria. Després de tot, si no es troba en la naturalesa de les partícules supersimètriques, que es discuteixen en el món científic, que significa l'existència d'una nova simetria, i la simetria sempre comporta l'aparició de noves partícules que hi ha entre ells. Per tant, es parla d'una força fonamental fins ara desconegut, ja que un cop es va sorprendre en saber que existeixen, per exemple, la interacció electromagnètica, feble. Coneixement pel que fa a la nostra pròpia naturalesa molt incompleta.

interconnectivitat

El més interessant és que qualsevol nova interacció ha de conduir necessàriament a un fenomen totalment desconegut. Per exemple, si no haguéssim après sobre la interacció feble, que mai hauria descobert el col·lapse, i si no estava en el nostre coneixement de la càries, cap estudi de la reacció nuclear no hauria estat possible. I si no ens vam adonar de les reaccions nuclears, no entendre com el sol brilla sobre nosaltres. Després de tot, si no hi hagués llum, i la vida a la Terra no es formaria. Pel que la presència de la interacció indica que és de vital importància. Si la interacció forta no existeix, i els nuclis atòmics no serien estables. A causa de la interacció electromagnètica de la Terra rep energia del sol i els raigs de llum que arriben d'ell, escalfar el planeta. I totes les interaccions conegudes són essencials. Aquí Higgs, per exemple. Higgs proporciona massa de les partícules mitjançant la interacció amb el camp, estem sense ell no hauria sobreviscut. I com, sense la interacció gravitatòria a romandre en la superfície del planeta? Seria impossible, no només per a nosaltres, però res en absolut.

Absolutament totes les interaccions, fins i tot aquells que encara no es coneix, és una necessitat per a tot el que la humanitat coneix, comprèn i estima allà. Què podem saber? Sí, i molt. Per exemple, sabem que el protó és estable en el nucli. Molt, molt important per a nosaltres, això a la seva estabilitat, en cas contrari la mateixa manera no hi hauria vida. No obstant això, els experiments suggereixen que la vida de protons - valor de temps limitat. De llarg, per descomptat, 10 ³⁴ anys. Però vol dir que tard o d'hora s'enfonsen, i el protó, i això requerirà una mica de nova força, que és una nova interacció. Contra protons decaïment ja existeixen teoria que suposa una nova, molt més alt grau de simetria, per tant, podria existir una nova interacció de les quals no sabem res.

gran unificació

La unitat de la natura és l'únic principi de la construcció de totes les interaccions fonamentals. Sorgeixen moltes preguntes en relació amb el nombre d'ells i explicar les raons d'aquesta quantitat en particular. Versions van construir aquí un gran nombre, i són molt diferents en les conclusions assolides. Explicar la presència de només un nombre d'interaccions fonamentals en totes les formes possibles tals, però són un sol principi de la construcció de proves. Sempre els més diferents tipus d'interaccions, els investigadors estan tractant de fusionar en una de sola. Per tant aquest tipus de teories i teories diuen Gran unificada. Com si les branques dels arbres del món: una pluralitat de branques i el tronc és sempre la mateixa.

Això és perquè no són totes aquestes teories que unifiquen idea. L'arrel de totes les interaccions conegudes d'un sol alimenten un tronc, que es deu a la pèrdua de la simetria va començar a diversificar-se i va formar diverses interaccions fonamentals, que podem observar experimentalment. Aquesta hipòtesi no s'ha pogut verificar, però, ja que requereix la física energia extremadament alta, els experiments inaccessibles avui. És molt possible, i això és una opció que mai no tenim en possessió d'aquestes energies. Però al voltant d'aquest obstacle és molt possible.

a part

Tenim un univers, l'accelerador natural, i tots els processos que ocorren en ell, ho fem possible per comprovar fins i tot les hipòtesis més arriscades sobre les arrels comunes de totes les interaccions conegudes. Una altra tasca interessant de la comprensió de les interaccions en la naturalesa és potser encara més complexa. Cal entendre com relacionar la gravetat amb les altres forces de la natura. Es tracta d'una interacció fonamental, ja que es troba separat, tot i que d'acord amb el principi de la construcció d'aquesta teoria és similar a tots els altres.

Einstein va estudiar la teoria de la gravetat, tractant de vincular-lo amb l'electromagnetisme. Tot i l'aparent realitat per resoldre aquest problema, llavors la teoria encara no ha succeït. Ara la humanitat sap una mica més, almenys sabem sobre les interaccions fortes i febles. I si ara la construcció completa de la teoria unificada, que sens dubte afectarà més la falta de coneixement. Fins ara aconseguit posar la gravetat a l'altura de les altres interaccions, ja que tots obeir les lleis dictades per la física quàntica i la gravetat - no. Segons la teoria quàntica, totes les partícules són els quants d'un camp determinat. Però la gravetat quàntica no existeix, almenys no encara. No obstant això, el nombre d'interaccions ja descobertes repeteix en veu alta sobre el que no pot ser qualsevol esquema individual.

camp elèctric

De nou el 1860, el gran segle XIX el físic James Clerk Maxwell va ser capaç de crear una teoria per explicar la inducció electromagnètica. Quan un canvi en el camp magnètic en un cert punt en l'espai d'un camp elèctric. Si aquest camp es troba conductor tancat, el corrent d'inducció flueix en el camp elèctric. La seva teoria dels camps electromagnètics de Maxwell demostra que és probable procés invers: si el canvi en el temps del camp elèctric en un cert punt en l'espai es requerirà camp magnètic. Pel que qualsevol canvi pot causar un camp elèctric variable, i pot obtenir un canvi en el camp magnètic elèctrica alterna en el temps en el camp magnètic. Aquestes variables, generen uns als altres camps organitzats pel camp unificat - electromagnètica.

El resultat més important que es dedueix de les fórmules teoria de Maxwell - una predicció que hi ha ones electromagnètiques, és a dir, la propagació de camp electromagnètic en temps i espai. La font del camp electromagnètic es mou amb acceleració de càrregues elèctriques. A diferència acústica (elàstic) ones electromagnètiques es poden propagar en qualsevol material, fins i tot en buit. La interferència electromagnètica en buit es propaga amb la velocitat de la llum (c = 299 792 quilòmetres per segon). La longitud d'ona pot ser diferent. Les ones electromagnètiques de deu mil metres a 0,005 metres - això és les ones de ràdio que s'utilitzen per transmetre informació a nosaltres, que és el senyal d'una certa distància sense necessitat de cables. ones de ràdio creades en corrent d'alta freqüència que flueix a l'antena.

Quines són les ones

Si la longitud de la radiació electromagnètica varia de 0,005 micròmetres a 1 metre, és a dir, les que estan en l'interval entre les ones de llum i de ràdio visibles - és radiació infraroja. Els seus emetre tots els cossos escalfats: bateries, estufes, llums incandescents. Dispositius especials converteixen la radiació infraroja en llum visible, per obtenir imatges d'objectes que emeten, fins i tot en la foscor absoluta. La llum visible emet una longitud d'ona de 770 a 380 nanòmetres - el color canvia de vermell a porpra. Aquesta porció de l'espectre té per a la vida humana la major importància, pel fet que una gran part de la informació sobre el món que reben a través de la visió.

Si la radiació electromagnètica té una longitud d'ona menor que el color porpra és la llum ultraviolada que mata els bacteris. Els raigs X no són visibles per a l'ull. Gairebé no absorbeixen llum visible capes opaques de material. De raigs X diagnostica malalties dels òrgans interns dels éssers humans i animals. Si la radiació electromagnètica es genera per la interacció de les partícules elementals i emesa pels nuclis excitats obtinguts per radiació gamma. Aquesta és l'àmplia gamma més en l'espectre electromagnètic, ja que no es limita a altes energies. La radiació gamma pot ser tou i dur: transicions d'energia dins dels nuclis atòmics - suaus, i en les reaccions nuclears - rígid. Aquests raigs tirar fàcilment de les molècules i les característiques biològiques. Gran felicitat que en l'atmosfera dels rajos gamma no pot passar. Observar els raigs gamma procedents de l'espai poden ser. A molt altes energies la interacció electromagnètica es propaga a una velocitat prop de la llum: gamma àtoms de nucli quanta amuntegament, trencar-les en partícules, la dispersió en diferents direccions. En frenar, que emeten llum, visible en telescopis especials.

Des del passat - el futur

Les ones electromagnètiques, com s'ha dit, predites per Maxwell. Ell va estudiar acuradament i va tractar de creure en les matemàtiques una mica ingènues imatges de Faraday, en què es descrivien els fenòmens magnètics i elèctrics. Era Maxwell va descobrir una falta de simetria. I que ell va ser capaç de demostrar una sèrie d'equacions que generen camps elèctrics alterns versa magnètica i el vici. Això el va portar a creure que tals camps i desprendre dels conductors es mouen a través del buit amb una mica de velocitat gegant. I se'l va imaginar. La velocitat era prop de trohstam milers de quilòmetres per segon.

Aquesta és la teoria de la interacció i l'experiment. Un exemple és l'obertura per la qual hem après sobre l'existència de les ones electromagnètiques. S'hi van reunir amb l'ajuda de la física conceptes absolutament heterogenis - magnetisme i l'electricitat, ja que és un fenomen físic de la mateixa ordre, només diferents costats de la mateixa estan en comunicació. Les teories estan disposats un darrere de l'altre, i tots ells estan estretament relacionats entre si: la teoria de la interacció electrofeble, per exemple, on la mateixa posició descrita per la força feble nuclear i electromagnètica, etc. Tot això es combina cromodinàmica quàntica, cobrint les interaccions fortes i electrodébiles (aquí, la precisió com més baix, però l'operació continua). Intensament estudiat àrees físics com ara la gravetat quàntica i la teoria de cordes.

troballes

Resulta que l'espai que ens envolta completament impregnada de la radiació electromagnètica: les estrelles i el sol, la lluna i altres cossos celestes, és la pròpia Terra, i cada telèfon a les mans de l'home, i estacions d'antena - tot això emet ones electromagnètiques de diferents noms . Depenent de la freqüència de les oscil·lacions, que irradia l'objecte difereix d'infrarojos, ràdio, llum visible, raigs bio-camp, els raigs X i similars.

Quan es distribueix un camp electromagnètic, que es converteix en una ona electromagnètica. És simplement una font d'energia inesgotable, vibrar les càrregues elèctriques de les molècules i els àtoms. I si la càrrega oscil·la, el seu moviment s'accelera, i per tant emet ones electromagnètiques. Si els canvis del camp magnètic, el camp és excitat per vòrtex elèctric, que, al seu torn, excita el camp vòrtex magnètic. El procés passa a través de l'espai, abraçant un punt rere l'altre.