Elektromagnetische interactie deeltjes

Dit artikel zal kijken naar wat er de krachten van de natuur genoemd - de fundamentele elektromagnetische interactie en de beginselen waarop het is gebouwd. Er zal ook worden verteld over de mogelijkheid van het bestaan van nieuwe benaderingen voor de studie van dit onderwerp. Op school in de natuurkunde lessen worden de studenten geconfronteerd met een uitleg van het begrip "kracht". Ze leren dat de kracht zeer divers kan zijn - de wrijvingskracht, de zwaartekracht, de elasticiteit en sterkte van vele soortgelijke. Niet allemaal kunnen fundamenteel worden genoemd, zoals vaak het verschijnsel van secundaire kracht (wrijvingskracht, bijvoorbeeld bij de wisselwerking van de moleculen). De elektromagnetische interactie kan ook secundair zijn - als gevolg. Molecular Physics geeft het voorbeeld van Van der Waals kracht. geeft ook veel voorbeelden en elementaire deeltjes.

In de natuur,

Ik wil graag de essentie van de processen die zich afspelen in de natuur te krijgen, want het maakt ons werk van de elektromagnetische interactie. Wat is precies de fundamentele kracht die al zijn secundaire krachten bepaalt gebouwd? Iedereen weet dat de elektromagnetische interactie, of, zoals dat heet, elektrisch vermogen is van fundamenteel belang. Dit blijkt uit de wet van Coulomb, die zijn eigen generalisatie die voortvloeien uit de Maxwell vergelijkingen heeft. Recente beschrijven alle in het magnetische en elektrische krachten. Dat is de reden waarom het bewijs wordt geleverd dat de interactie van elektromagnetische velden - fundamentele natuurkrachten. Het volgende voorbeeld - de zwaartekracht. Zelfs schoolkinderen weten over de wet van de universele zwaartekracht Isaaka Nyutona, die ook onlangs kreeg een goede generalisatie van de vergelijkingen van Einstein's, en volgens zijn theorie van de zwaartekracht, de kracht van de elektromagnetische interactie is fundamenteel van aard, ook.

Once upon a time werd aangenomen dat er slechts deze twee fundamentele krachten, maar de wetenschap kwam naar voren, geleidelijk te bewijzen dat het niet zo is. Bijvoorbeeld, met de ontdekking van de atoomkern moesten we het concept van kernenergie, of hoe je het principe van het behoud van de deeltjes in de kern, begrijpen waarom ze niet weg te vliegen in alle richtingen te introduceren. Begrijpen hoe de elektromagnetische interactie in de natuur, heeft bijgedragen aan het meten van de nucleaire krachten, om te studeren en te beschrijven. Vervolgens kwam echter de wetenschappers tot de conclusie dat nucleaire krachten secundaire en in vele verschijningsvormen, zoals de Van der Waals kracht. In feite zijn alleen echt fundamentele krachten die de quarks te bieden met elkaar omgaan. Vervolgens - een secundair effect - is de interactie tussen de elektromagnetische velden van de protonen en neutronen in de kern. Echt fundamenteel is de interactie tussen quarks, gluonen worden uitgewisseld. Zo werd ontdekt in de natuur is echt de derde fundamentele kracht.

Voortzetting van het verhaal

Elementaire deeltjes verval - zwaar op de lichtere en hun verval beschrijft de nieuwe sterkte van de elektromagnetische interactie, die goed wordt genoemd - de kracht van de zwakke interactie. Waarom slecht? Omdat elektromagnetische interferentie in de natuur veel sterker. En nogmaals, het bleek dat de theorie van de zwakke wisselwerking, zo sierlijk begonnen in het beeld van de wereld en was oorspronkelijk perfect beschrijft het verval van elementaire deeltjes, niet dezelfde postulaten niet weer te geven, als de energie wordt verhoogd. Dat is de reden waarom de oude theorie is opnieuw ontworpen om een ander - een theorie van de zwakke interactie, dit keer bleek universeel te zijn. Hoewel het gebouwd was op dezelfde principes als de rest van de theorie beschrijft de elektromagnetische interactie van deeltjes. In de moderne tijd, zijn er vier onderzochte en bewezen fundamentele interacties, en de vijfde - op de weg, over hem zal komen. Alle vier - zwaartekracht, sterke, zwakke elektromagnetische - gebouwd op één principe: de kracht opgewekt tussen de deeltjes het gevolg is van een uitwisseling Uitgevoerd drager of anderszins - bemiddelen interactie.

Wat voor een assistent? Deze foton - zonder deeltjesmassa, maar toch met succes bouwt elektromagnetische interferentie als gevolg van een kwantum van elektromagnetische golven of lichtkwantum wisselen. De elektromagnetische wisselwerking wordt uitgevoerd door fotonen gedragen in het gebied van geladen deeltjes, die in verbinding staan met een bepaalde kracht, als de tijd en behandelt recht Coulomb. Er is een massaloze deeltjes - gluon, het heeft acht rassen, het helpt te communiceren quarks. Deze elektromagnetische interactie aantrekkingskracht tussen ladingen en men zegt sterk. Ja, en de zwakke interactie is niet zonder tussenpersonen waarmee staaldeeltjes met een massa van meer dan dat zij massief, dat zwaar. Dit tussenproduct vectorbosonen. Hun gewicht en het gewicht is te wijten aan de zwakte van de interactie. Zwaartekracht is de kracht uitwisselingen quantum zwaartekrachtveld. Dit is de aantrekkingskracht van de elektromagnetische interactie van deeltjes, het is nog steeds niet genoeg onderzocht, zelfs Graviton experimenteel nog niet gedetecteerd en kwantumgravitatie we zijn niet helemaal er, en alleen omdat we hebben om het te kunnen beschrijven nog niet.

vijfde kracht

We hebben overwogen vier types van de fundamentele interacties: sterk, zwak, elektromagnetische, zwaartekracht. Interactie - is een daad van de uitwisseling van deeltjes, en er geen idee van symmetrie niet kunnen doen, want er is geen interactie die niet is gekoppeld aan het. Bepaalt het aantal deeltjes en hun massa. De exacte symmetrie van massa altijd nul. Dus het foton en het gluon massa is niet, het is gelijk aan nul, de Graviton - ook. Als symmetrie verbroken, houdt de massa aan nul. Dus de intermediaire vector bizons massa hebben, omdat de symmetrie wordt verbroken. De vier fundamentele interacties legde alles wat we zien en voelen. De resterende krachten dat de elektromagnetische koppeling is secundair. Echter, in 2012 was er een doorbraak in de wetenschap en werd ontdekt een ander deeltje, ooit beroemd gemaakt. Een revolutie in de wetenschap organiseert de opening van de Higgs, die, zoals later bleek eveneens dient als drager van de interacties tussen quarks en leptonen.

Dat is de reden waarom wetenschappers-natuurkundigen nu zeggen dat er een vijfde kracht, de tussenpersoon van die bleek te zijn de Higgs boson zijn. Symmetrie is hier gebroken: van het Higgs boson heeft een massa. Waardoor het aantal interacties (het woord in moderne deeltjesfysica wordt vervangen door "force") heeft bereikt vijf. Misschien zijn we wachten op nieuwe ontdekkingen, omdat we niet precies of er zelfs afgezien van deze interacties te leren kennen. Het is heel goed mogelijk dat we hebben opgebouwd, en vandaag is dit model, zou het perfect lijken legt alle verschijnselen waargenomen in de wereld, en het is niet helemaal compleet. En misschien, na verloop van tijd zullen er nieuwe interacties en nieuwe kracht. De waarschijnlijkheid van een dergelijke is er in ieder geval, omdat we heel geleidelijk geleerd dat er op dit moment bekend fundamentele interacties - sterk, zwak, elektromagnetische, zwaartekracht. Immers, als er in de aard van supersymmetrische deeltjes, die worden besproken in de wetenschappelijke wereld, betekent dit dat het bestaan van een nieuwe symmetrie, en symmetrie houdt altijd de opkomst van nieuwe deeltjes die bemiddelen tussen hen. Zo horen we van een eerder onbekende fundamentele kracht, zoals ooit was verbaasd te horen dat er, bijvoorbeeld, elektromagnetische, zwakke interactie. Kennis over onze eigen natuur zeer onvolledig.

interconnectiviteit

Het meest interessante is dat elke nieuwe interactie noodzakelijkerwijs moet leiden tot een volledig onbekend fenomeen. Bijvoorbeeld, als we niet hadden geleerd over de zwakke interactie, zouden we nooit de ineenstorting ontdekt, en als het niet in onze kennis van verval, zou er geen onderzoek van nucleaire reactie onmogelijk zijn geweest. En als we niet op de hoogte van de nucleaire reacties, niet zouden begrijpen hoe de zon schijnt op ons. Immers, als het niet schijnen, en het leven op aarde niet zou worden gevormd. Zodat de aanwezigheid van de interactie geeft aan dat het van vitaal belang. Als de sterke wisselwerking bestaat niet, en atoomkernen zou niet stabiel zijn. Als gevolg van de elektromagnetische interactie aarde ontvangt energie van de zon, en de lichtstralen die vanaf hem warm de planeet. En alle bekende interacties zijn essentieel. Hier Higgs, bijvoorbeeld. Higgs boson biedt deeltje massa door interactie met het veld, we zijn zonder dat het niet zou hebben overleefd. En hoe, zonder dat de gravitationele interactie op het oppervlak van de planeet blijven? Het zou onmogelijk zijn, niet alleen voor ons, maar helemaal niets.

Absoluut alle interacties, zelfs degenen die we nog niet kennen, is een must voor alles wat de mensheid kent, begrijpt en houdt daar. Wat kunnen we weten? Ja, heel veel. Zo weten we dat de proton stabiel is in de kern. Zeer, zeer belangrijk voor ons, deze zijn stabiliteit, anders wordt op dezelfde manier zou er geen leven zijn. Echter, experimenten suggereren dat proton leven - tijdswaarde beperkt. Lange, natuurlijk, 10 ³⁴ jaar. Maar het betekent dat vroeg of laat uit elkaar vallen, en het proton, en dit zal een aantal nieuwe kracht nodig hebben, dat is een nieuwe interactie. Tegen verval protonen al theorie die een nieuwe, veel hogere mate van symmetrie aangenomen, zodat er een nieuwe interactie zou kunnen bestaan waarvan we niets weten.

grand eenwording

De eenheid van de natuur is het enige principe van de bouw van de fundamentele interacties. Veel vragen rijzen in verband met het aantal van hen en de redenen voor deze specifieke hoeveelheid. Versies bouwde hier een groot aantal, en ze zijn zeer verschillend in de conclusies. Leg de aanwezigheid van zo'n aantal fundamentele interacties in alle mogelijke manieren, maar ze zijn een enkel principe van het bouwen van bewijs. Altijd de meest verschillende soorten interacties, onderzoekers proberen te fuseren tot één. Daarom dergelijke theorieën en theorieën genoemd Grote Unified. Alsof de wereld boomtakken: een aantal takken, en de stam is altijd hetzelfde.

Dat komt omdat er zijn al die theorieën verenigen idee. De wortel van alle interacties tussen een toevoeren van een stam, die het gevolg is van het verlies van symmetrie begon te vertakken en vormden verschillende fundamentele interacties die experimenteel kunnen waarnemen. Deze hypothese kon nog niet worden geverifieerd, omdat deze ontoegankelijk vandaag vereist extreem hoge energie fysica, experimenten. Het is heel goed mogelijk, en dit is een optie die we hebben nooit niet in het bezit van deze energieën. Maar rond deze hindernis is heel goed mogelijk.

uit elkaar

We hebben een universum, de natuurlijke gaspedaal, en alle processen die zich in het, maken het mogelijk om zelfs de meest gedurfde hypotheses over gemeenschappelijke wortels van alle bekende interacties te controleren. Een andere interessante taak van het begrijpen van de interacties in de natuur is wellicht nog complexer. Het is noodzakelijk om te begrijpen hoe de zwaartekracht verband met de andere krachten van de natuur. Dit is een fundamentele wisselwerking staat als afzonderlijk, ondanks het feit dat volgens het principe van de constructie van deze theorie is vergelijkbaar met de anderen.

Einstein bestudeerden de theorie van de zwaartekracht, in een poging om het te koppelen aan elektromagnetisme. Ondanks de schijnbare werkelijkheid om dit probleem op te lossen, dan is de theorie nog steeds niet gebeurd. Nu de mensheid weet een beetje meer, tenminste we weten over de sterke en zwakke interacties. En als nu de volledige bouw van de verenigde theorie, het zal zeker weer van invloed op het gebrek aan kennis. Tot nu toe niet in geslaagd om de zwaartekracht op een lijn met de andere interacties te zetten, omdat alle wetten gedicteerd door de kwantumfysica en de zwaartekracht gehoorzamen - geen. Volgens de kwantumtheorie, alle deeltjes zijn de quanta van een bepaald vakgebied. Maar quantum zwaartekracht niet bestaat, althans nog niet. Echter, het aantal al ontdekt interacties herhaalt luid over wat er kan geen enkele regeling.

elektrisch veld

Terug in 1860 de grote negentiende-eeuwse natuurkundige James Clerk Maxwell er in geslaagd een theorie aan de elektromagnetische inductie uit te leggen. Wanneer een verandering in het magnetische veld in een bepaald punt in de ruimte een elektrisch veld. Als dit veld wordt gevonden gesloten geleider, de inductie stroom in het elektrische veld. Zijn theorie van elektromagnetische velden Maxwell bewijst dat waarschijnlijk omgekeerde proces: als verandering in de tijd zal het elektrische veld in een bepaald punt in de ruimte magnetisch veld vereist. Dus elke verandering kan een variërend elektrisch veld veroorzaken en kan een verandering van het elektrische wisselveld magnetische veld in het magnetische veld tijd te verkrijgen. Deze variabelen genereren elkaar gebieden georganiseerd door het uniforme veld - elektromagnetische.

Het belangrijkste resultaat dat volgt uit formules Maxwell theorie - een voorspelling dat er elektromagnetische golven, d.w.z. voortplantende elektromagnetische veld in tijd en ruimte. De bron van het elektromagnetische veld zijn zich met versnelling elektrische ladingen. Unlike acoustic (elastisch) elektromagnetische golven kunnen voortplanten in elk materiaal, zelfs in vacuüm. Elektromagnetische interferentie onder vacuüm voortplant met lichtsnelheid (c = 299 792 kilometer per seconde). De golflengte verschillend zijn. Elektromagnetische golven van tienduizend meter tot 0005 meter - dit is radiogolven die worden gebruikt om informatie aan ons, dat het signaal voor een bepaalde afstand zonder kabels. Aangemaakt radiogolven met hoogfrequente stroom die in de antenne stroomt.

Wat zijn de golven

Als de lengte van de elektromagnetische straling varieert van 0,005 micrometer tot 1 meter, d.w.z. die welke in het bereik van zichtbaar licht en radiogolven - infrarode straling. Zijn stoten allemaal verwarmd lichamen: batterijen, fornuizen, gloeilampen. Speciale inrichtingen zetten infrarode straling in zichtbaar licht, om beelden van objecten die zij uitzenden, zelfs in absolute duisternis te verkrijgen. Zichtbaar licht uitzendt met een golflengte van 770-380 nanometer - de kleur verandert van rood tot paars. Dit gedeelte van het spectrum is voor het menselijk leven het grootste belang, omdat een groot deel van de informatie over de wereld waarin we door visie ontvangen.

Als de elektromagnetische straling een golflengte kleiner dan de paarse kleur ultraviolet licht dat bacteriën doodt. Röntgenstralen niet zichtbaar voor het oog. Ze absorberen nauwelijks zichtbaar licht ondoorzichtige lagen materiaal. X-ray diagnose ziekten van de interne organen van mensen en dieren. Als de elektromagnetische straling wordt opgewekt door de wisselwerking van elementaire deeltjes en uitgezonden door geëxciteerde kernen verkregen met gammastraling. Dit is de meest brede waaier van het elektromagnetische spectrum, omdat het zich niet beperkt tot hoge energieën. Gammastraling kan zacht en hard: energietransities binnen atoomkernen - zacht en nucleaire reacties - stijf. Deze stralen gemakkelijk afbreken moleculen en biologische kenmerken. Groot geluk dat in de sfeer van gammastralen kan niet door. Observeren gammastralen uit de ruimte kan worden. Bij zeer hoge energieën elektromagnetische interactie voortplant met een snelheid in de buurt van het licht: gammakwanta verbrijzeling nucleus voorstelt, breken ze af tot deeltjes, verstrooiing in verschillende richtingen. Bij het remmen, zenden zij licht, zichtbaar in bijzondere telescopen.

Uit het verleden - de toekomst

Elektromagnetische golven, zoals gezegd, voorspeld door Maxwell. Hij zorgvuldig bestudeerd en probeerde te geloven in de wiskunde enigszins naïeve foto's Faraday, waarop de magnetische en elektrische verschijnselen werden afgebeeld. Het was Maxwell ontdekt dat er een gebrek aan symmetrie. En dat hij een aantal vergelijkingen dat wisselende elektrische velden opwekken magnetische en vice versa te bewijzen. Dit leidde hem te geloven dat dergelijke velden en losmaken van de geleiders worden bewogen door een vacuümkamer bij een aantal grote snelheid. En hij dacht dat het. Speed was dicht bij duizenden trohstam kilometers per seconde.

Dat is interactie theorie en experiment. Een voorbeeld is de opening waardoor we geleerd over het bestaan van elektromagnetische golven. In het samen met de hulp van de natuurkunde absoluut heterogene concepten kwam - magnetisme en elektriciteit, want het is een natuurkundig fenomeen van dezelfde orde, gewoon verschillende kanten ervan zijn in de communicatie. Theorieën zijn aangebracht achter elkaar, en ze zijn nauw aan elkaar gerelateerd: de theorie van Elektrozwakke wisselwerking, bijvoorbeeld wanneer dezelfde positie beschreven door de zwakke kernkracht en elektromagnetische, enz. Dit alles gecombineerd kwantumchromodynamica, die de sterke electrozwakke interacties (hier nauwkeurigheid terwijl lagere maar loopt door). Intensief bestudeerd gebieden zoals natuurkundigen quantum zwaartekracht en snaartheorie.

bevindingen

Het blijkt dat de ruimte rondom ons volledig doordrongen van elektromagnetische straling: de sterren en de zon, de maan en andere hemellichamen, is de Aarde zelf, en elke telefoon in de handen van de mens, en de antenne stations - dit alles zendt elektromagnetische golven van verschillende namen . Afhankelijk van de frequentie van de trillingen, die uitstraalt het object verschillend infrarood, radio, zichtbaar licht, bioveld stralen, röntgenstralen en dergelijke.

Wanneer een elektromagnetisch veld wordt verdeeld, wordt een elektromagnetische golf. Hierin uitsluitend onuitputtelijke bron van energie, trillen de elektrische ladingen van de moleculen en atomen. En als de lading oscilleert de beweging versneld en zendt daarom elektromagnetische golven. Als het magnetische veld verandert, wordt het veld opgewekt door elektrische vortex die op zijn beurt, wekt het magnetische veld vortex. Het proces gaat door de ruimte, omhelzen punt na de andere.