Elektromagnetické interakčné častice

V tomto článku sa pozrieme na to, čo sa nazýva prírodné sily - základné elektromagnetickej interakcie a zásady, na ktorých je postavená. K dispozícii bude tiež byť povedané o možnosti existencie nových prístupov k štúdiu tejto témy. V škole vo výučbe fyziky, študenti sa stretávajú s vysvetlením pojmu "sily". Naučia sa, že sila môže byť veľmi rozmanitý - trecia sila, gravitačná sila, pružnosti a pevnosti mnohé podobné. Nie všetky z nich možno nazvať zásadný, pretože je veľmi často jav sekundárne sily (trecie sily, napríklad, s jeho interakcií molekúl). Elektromagnetické interakcie môže byť tiež sekundárne - ako dôsledok. Molekulárna fyzika dáva príklad Van der Waalsove sily. Tiež dáva veľa príkladov a fyziky elementárnych častíc.

V prírode,

Chcel by som sa dostať k podstate procesov vyskytujúce sa v prírode, ako to z nás robí prácu elektromagnetickej interakcie. Čo presne je základná sila, ktorá určuje všetko postavené na jeho sekundárne sily? Každý vie, že elektromagnetická interakcia, alebo, ako sa tomu hovorí, elektrická energia je zásadný. Dôkazom toho je Coulombovho zákona, ktorá má svoju vlastnú zovšeobecnenie plynúce z Maxwellove rovnice. Nedávna popísať všetky prirodzene sa vyskytujúce magnetické a elektrické sily. To je dôvod, prečo je preukázané, že interakcia elektromagnetických polí - základných síl prírody. Nasledujúci príklad - gravitačná sila. Dokonca aj žiaci vedia o gravitačného zákona Isaaka Nyutona, ktorý nedávno dostal správne zovšeobecnenie Einsteinových rovníc, a podľa jeho teórie gravitácie, sila elektromagnetickej interakcie je zásadný v prírode, taky.

Kedysi sa verilo, že existujú iba tieto dve základné sily, ale veda pristúpil, postupne dokazovať, že to tak nie je. Napríklad, s objavom atómového jadra sme museli zaviesť pojem jadrovej energie, alebo ako porozumieť princípu zadržiavanie častíc vo vnútri jadra, prečo nemajú odletieť vo všetkých smeroch. Pochopenie toho, ako elektromagnetická interakcia v prírode, pomohla meranie jadrových síl, študovať a opísať. Následne sa však vedci dospeli k záveru, že jadrové sily sú druhotné a v mnohých prejavoch, ako sú Van der Waalsove sily. V skutočnosti, len naozaj základné sily, ktoré poskytujú kvarky na seba vzájomne pôsobia. Potom - sekundárny efekt - je interakcia medzi elektromagnetických polí protónov a neutrónov v jadre. Skutočne zásadný je interakcia kvarkov, gluónov sú vymenené. Takto bola objavená v prírode je v skutočnosti tretej základnej sila.

pokračovanie príbehu

Elementárne častice kaz, ťažké - na ľahšie a ich rozpadu opisuje novú silu elektromagnetickej interakcie, ktorá je dobre názvom - sile slabej interakcie. Prečo chudobných? Vzhľadom k tomu, elektromagnetické rušenie v prírode je oveľa silnejší. A opäť sa ukázalo, že teória slabých interakcií, takže pôvabne pustil do obrazu sveta a pôvodne dokonale popisuje rozpad elementárnych častíc, neodrážajú rovnaké postuláty, ak je energia zvýši. To je dôvod, prečo sa stará teórie boli prepracované do druhého - teória slabých interakcií, tentoraz ukázala byť univerzálny. Aj keď bol postavený to bolo na rovnakých princípoch ako zvyšok teórie opisujúce elektromagnetickú interakciu častíc. V modernej dobe existujú štyri študované a osvedčené základná interakcia, a piaty - na ceste, o neho príde. Všetky štyri - gravitačné, silný, slabý, elektromagnetické - sú postavené na jednom princípe: sila vytvorená medzi časticami je výsledkom zdieľanie implementované nosičom, alebo inak - sprostredkujú interakcie.

Aký druh asistenta? Tento fotón - bez častíc hmoty, ale napriek tomu úspešne stavia elektromagnetickej interferencie kvôli výmene kvantum elektromagnetických vĺn alebo svetelného kvantá. Elektromagnetické interakcie sa vykonáva fotóny v oblasti nabitých častíc, ktoré komunikujú s určitou silou, ako čas a lieči Coulombovho zákona. Existuje jedna nehmotné častice - gluon, že má osem odrôd, pomáha komunikovať kvarky. Táto elektromagnetická interakcia je atrakciou na jedno nabitie, a hovorí sa, že je silný. Áno, a slabá interakcia nie je bez sprostredkovateľov, s ktorým oceľové častice s hmotnosťou viac ako to, že sú masívne, že je ťažké. Tento medziprodukt vektorové bozóny. Ich hmotnosť a hmotnosť je vzhľadom k slabosti interakcie. Gravitácia je sila výmeny kvantovej gravitačné pole. To je príťažlivosť elektromagnetickej interakcie častíc, je to stále nestačí študované, a to aj gravitonové experimentálne doteraz zistená, a kvantová gravitácia nie sme úplne tam, a len preto, že si ju popísať ešte nie.

piaty sila

sme zvažovali štyri typy základných interakcií: silné, slabé, elektromagnetické, gravitačné. Interakcie - je aktom výmeny častíc, a žiadny nápad symetria nemôže robiť, pretože tam nie je žiadna interakcia, ktorá nie je s ním spojené. To určuje počet častíc a ich hmotnosti. Vďaka presnej symetria hmoty je vždy nula. Takže, fotón a gluon hmota nie je, je rovná nule, gravitonový - taky. Ak symetria je prerušené, hmotnosť prestáva byť nula. To znamená, že medziľahlé vektor bizón majú hmotnosť, pretože symetria je prerušené. Štyri základné interakcie vysvetlil všetko, čo vidíme a cítime. Zostávajúce sily tvrdia, že ich elektromagnetickej spojky je sekundárna. Avšak, v roku 2012 došlo k prelomu v oblasti vedy a bola objavená ďalšie častice, raz preslávil. Revolúcia vo vedeckom svete organizuje otvorenie Higgsovho bozónu, ktorý, ako sa neskôr ukázalo, tiež slúži ako nosič interakcií medzi kvarky a leptóny.

To je dôvod, prečo vedci-fyzici teraz hovoria, že tam bola pätina sila sa sprostredkovateľom, ktorý sa ukázal byť Higgsov bozón. Symetria je rozbitá tu: od Higgsov bozón má hmotnosť. Preto je počet interakcií (slovo v modernej fyzike častíc sa nahrádza slovom "sila") dosiahla päť. Možno čakáme na nové objavy, pretože nevieme presne, či tam ešte na rozdiel od týchto interakcií. Je veľmi pravdepodobné, že sme vybudovali, a dnes tento model by sa mohlo zdať dokonale vysvetľuje všetky javy pozorované vo svete, a nie je úplne dokončená. A možno, po nejakej dobe tam bude nové interakcie a novú silu. Pravdepodobnosť, že takýto existuje prinajmenšom preto, že sme veľmi pozvoľna sa dozvedeli, že tam sú v súčasnosti známe základná interakcia - silné, slabé, elektromagnetické, gravitačné. Koniec koncov, v prípade, že je v povahe supersymmetric častíc, ktoré sú prerokované vo vedeckom svete, to znamená existenciu novej symetria a symetria vždy so sebou nesie vznik nových častíc, ktoré sprostredkovávajú medzi nimi. Tak počujeme skôr neznáme základné sily, pretože akonáhle bol prekvapený, učiť sa, že tam sú, napríklad, elektromagnetickej, slabej interakcie. Znalosti o naše vlastné prirodzenosť veľmi neúplné.

prepojenosť

Najzaujímavejšie je, že každá nová interakcia musí nutne viesť k úplne neznámym javom. Napríklad, keď sme sa nenaučili o slabej interakcie, nikdy by sme objavili kolaps, a ak to nebolo v našich znalostiach o úpadku, žiadna štúdia jadrové reakcie by bolo nemožné. A keby sme si neboli vedomí jadrových reakcií, by sa pochopiť, ako slnko svieti na nás. Koniec koncov, ak nemala žiariť, a život na Zemi by nemal byť vytvorený. Takže prítomnosť interakcie naznačuje, že je životne dôležité. V prípade, že silná interakcia neexistuje, a atómové jadrá by nemala byť stabilný. Vzhľadom k elektromagnetickej interakcie Krajina získava energiu zo slnka, a svetelné lúče prichádzajúce z neho zahriať planétu. A všetky známe interakcie sú nevyhnutné. Tu Higgs, napríklad. Higgsov bozón poskytuje množstvo častíc v interakcii s poľom, sme bez neho by neprežila. A ako bez gravitačné interakcie zostať na povrchu planéty? To by bolo nemožné, a to nielen u nás, ale vôbec nič.

Úplne všetky interakcií, a to aj tých, ktoré sme ešte nevedia, je potrebné, aby všetko, čo ľudstvo pozná, pozná a miluje tam. Čo vieme? Áno, veľa. Napríklad vieme, že protón je stabilný v jadre. Veľmi, pre nás veľmi dôležitý, to jej stabilita, inak rovnakým spôsobom by nebolo života. Avšak, experimenty naznačujú, že protón život - časovú hodnotu obmedzený. Long, samozrejme, 10 ³⁴ rokov. Ale to znamená, že skôr alebo neskôr rozpadne, a protón, a to bude vyžadovať nejakú novú silu, ktorá je nová interakcie. Proti rozpadu protóny už existujú teórie, ktorá predpokladá nové, oveľa vyššiu mieru symetrie, teda nová interakcia by mohla existovať z toho nemáme vôbec nič.

veľký zjednotenie

Jednoty prírody je len princíp konštrukcie všetkých základných interakcií. Mnoho otázok sa vynára vo vzťahu k ich počtu a vysvetlí dôvody pre toto konkrétne množstvo. Verzia tu postavené veľmi veľa, a sú veľmi odlišné v záverom. Vysvetliť prítomnosť len taký počet základných interakcií v všetkými možnými spôsobmi, ale oni sú jediný princíp budovania dôkazy. Vždy tie rôzne druhy interakcií, vedci sa snažia zlúčiť do jedného. Preto takéto teórie a teórie nazýva Veľká jednotná. Akoby vetvy stromu sveta: niekoľko vetiev, a kufor je vždy rovnaký.

To preto, že tam sú všetky tieto teórie jednotiaci myšlienku. Koreň všetkých známych interakcií jeden kŕmenie kmeň, ktorý je v dôsledku straty súmernosti začal sa rozdeliť a vytvoria rôzne základné interakcie, ktoré môžeme pozorovať experimentálne. Táto hypotéza nemohla byť overená ešte, pretože to vyžaduje extrémne vysoké energetické fyzikálne experimenty dnes neprístupný. Je dosť dobre možné, a to je možnosť, že máme nikdy nemá v držbe týchto energií. Ale okolo tejto prekážky je celkom možné.

oddelene

Máme vesmír, prírodné urýchľovač a všetky procesy, ktoré sa vyskytujú v tom, aby bolo možné kontrolovať aj tie najsmelšie hypotézy o spoločných koreňov všetkých známych interakcií. Ďalším zaujímavým úlohou pochopenie interakcií v prírode je snáď ešte zložitejšie. Je nutné pochopiť, ako súvisí s gravitáciou s inými prírodnými silami. To je základná interakcia stojí ako to samostatne, a to napriek skutočnosti, že podľa princípu výstavby tejto teórie je podobná všetkým ostatným.

Einstein študoval teóriu gravitácie, sa snaží prepojiť s elektromagnetizmu. Napriek zdanlivej skutočnosti sa tento problém vyriešil, potom teória ešte nestalo. Teraz ľudstvo pozná trochu viac, aspoň vieme o silných a slabých interakcií. A ak je teraz kompletný výstavba jednotnú teórií, to bude iste mať vplyv opäť nedostatok vedomostí. Až doteraz sa nepodarilo dať gravitáciu na rovnakej úrovni s ostatnými interakciami, pretože všetci dodržiavať zákony diktované kvantovej fyziky a gravitácie - no. Podľa kvantovej teórie, všetky častice sú kvantá určitého poľa. Ale kvantová gravitácia neexistuje, aspoň zatiaľ nie. Avšak, počet už objavených interakcií zopakuje nahlas o tom, čo nemôže byť každý jednotlivý program.

elektrické pole

Späť v roku 1860 veľký devätnásteho storočia fyzik James Clerk Maxwell podarilo vytvoriť teóriu vysvetliť elektromagnetickú indukciu. Ak zmena magnetického poľa v určitom bode v priestore elektrického poľa. Ak je toto pole zistené, uzavretý vodič indukčné prúd tečie v elektrickom poli. Jeho teória elektromagnetických polí Maxwell dokazuje, že pravdepodobný opačný proces: v prípade zmeny v čase bude potrebné elektrické pole v určitom bode v priestore magnetické pole. Takže akákoľvek zmena môže spôsobiť rôznu elektrického poľa, a môžu získať zmenu elektrického striedavého magnetického poľa v tej dobe magnetického poľa. Tieto premenné, vytvárať navzájom pole organizovanej jednotným poľa - elektromagnetické.

Najdôležitejším výsledkom, ktorý vyplýva zo všeobecných vzorcov Maxwellovu teórie - predikcie, že tam sú elektromagnetické vlny, tj. Šírenie elektromagnetického poľa v čase a priestore. Zdroj elektromagnetického poľa sa pohybuje, pri ktorom akcelerácia elektrickými nábojmi. Na rozdiel od akustických (elastické) elektromagnetické vlny môžu šíriť v akomkoľvek materiáli, a to aj vo vákuu. Elektromagnetické rušenie vo vákuu šíri rýchlosťou svetla (c = 299 792 kilometrov za sekundu). Vlnová dĺžka sa môže líšiť. Elektromagnetické vlny z desiatich tisíc metrov až 0,005 metrov - to je rádiové vlny, ktoré sa používajú na prenos informácií nám, že je signál pre určitej vzdialenosti bez akýchkoľvek káblov. Vytvorené rádiové vlny s vysokou frekvenciou prúdu, ktorý tečie v anténe.

Aké sú vlny

Ak je dĺžka elektromagnetického žiarenia je v rozmedzí od 0,005 mikrometra do 1 metra, tj. Tých, ktoré sú v rozmedzí viditeľného svetla a rádiových vĺn - je infračervené žiarenie. Jeho vysielajú všetky vyhrievané telesa: batérie, sporáky, žiarovky. Špeciálne zariadenie previesť infračervené žiarenie na viditeľné svetlo, pre získanie obrazov predmetov, ktoré ho uvoľňujú, a to aj v úplnej tme. Viditeľné svetlo emituje vlnovej dĺžke 770 až 380 nanometrov - farba sa mení z červenej na fialovú. Táto časť spektra je pre ľudský život nanajvýš dôležité, pretože veľká časť informácií o svete dostávame skrze videnie.

V prípade, že elektromagnetické žiarenie má vlnovú dĺžku menšiu, než je fialovej farby je ultrafialové svetlo, ktoré zabíja baktérie. Röntgenové lúče nie sú viditeľné voľným okom. Sotva pohlcujú viditeľné svetlo nepriehľadné vrstvy materiálu. X-ray diagnostikované ochorenie vnútorných orgánov človeka a zvierat. Ak je elektromagnetické žiarenie generované interakcií elementárnych častíc a emitované excitovaných jadier získaných gama žiarením. To je najviac široké rozmedzie elektromagnetického spektra, pretože nie je obmedzená na vysokej energie. Gama žiarenie môže byť mäkký a tuhý: energetických prechodov v atómových jadier - mäkké, a v jadrových reakciách - tuhý. Tieto lúče ľahko strhnúť molekúl a biologických vlastností. Veľký šťastie, že v atmosfére gama žiarenia nemôže prejsť. Pozorovať žiarenie gama priestoru môže byť. Pri veľmi vysokých energiách elektromagnetickej interakcie šíria rýchlosťou blízko pri svetla: gama atómy Quanta rozdrviť jadro, je poškodí do častíc, rozptyl v rôznych smeroch. Pri brzdení, ktoré vyžarujú svetlo viditeľné v špeciálnych teleskopov.

Z minulosti - do budúcna

Elektromagnetické vlny, ako už bolo povedané, predpovedal Maxwell. Starostlivo študoval a snažil sa verí v matematike trochu naivný obrázky Faraday, na ktoré boli znázornené magnetické a elektrické javy. Bolo Maxwell objavil nedostatok symetrie. A to sa mu podarilo preukázať rad rovníc, ktoré striedajúci elektrické polia generujú magnetické a naopak. To ho viedlo k domnienke, že takáto polia a oddeliť od vodiče sa pohybujú cez vákuum s nejakou obrie rýchlosťou. A on to pochopil. Rýchlosť bola blízka trohstam tisíce kilometrov za sekundu.

To je teória interakcie a experiment. Príkladom je otvor, ktorým sme sa dozvedeli o existencii elektromagnetických vĺn. V ňom sa zišli s pomocou fyziky úplne rôznorodých koncepcií - magnetizmu a elektriny, pretože sa jedná o fyzikálny jav rovnakého poriadku, len rôzne strany nej sú prepojené. Teórie sú usporiadané za sebou, a všetky z nich sú úzko spojené s navzájom: teória elektroslabá interakcia, napríklad tam, kde rovnakú pozíciu popísané slabé jadrové sily a elektromagnetické, atď. Toto všetko spája kvantovej chromodynamics, pokrývajúci silné a elektroslabých interakcií (tu, presnosť zatiaľ čo nižšie, ale prevádzka pokračuje). Intenzívne študoval takých oblastiach, ako sú fyzici kvantovej gravitácie a teórie strún.

zistenie

Ukazuje sa, že priestor okolo nás úplne prestúpený elektromagnetického žiarenia: hviezd a Slnka, Mesiaca a iných nebeských telies, to je sama Zem, a každý telefón v rukách človeka a anténne stanice - to všetko vysiela elektromagnetické vlny rôznymi menami , V závislosti na frekvencii kmitania, ktoré vyžaruje objekt sa líšia infračervené, rádio, viditeľné svetlo, bio-pole žiarenia, röntgenové žiarenie a podobne.

Ak je elektromagnetické pole distribuovaný, stáva sa elektromagnetická vlna. Je to proste nevyčerpateľný zdroj energie, vibrujú elektrické náboje molekúl a atómov. A v prípade, že poplatok sa pohybuje, jeho pohyb sa zrýchľuje, a preto vyžaruje elektromagnetické vlny. Ak sa zmeny magnetického poľa, pole je budený elektrickou vír, ktorý zase budí magnetické pole vír. Proces prechádza priestorom, ktorý zahŕňa jeden bod za druhým.