Particulele de interacțiune electromagnetică

Acest articol se va uita la ceea ce se numește forțele naturii - interacțiunea electromagnetică fundamentală și principiile pe care este construit. Vor fi, de asemenea, a spus despre posibilitatea existenței unor noi abordări pentru studierea acestui subiect. La școală, în clase de fizică, elevii se confruntă cu o explicație a conceptului de „forță“. Ei învață că puterea poate fi foarte diverse - forța de frecare, forța gravitațională, elasticitate și rezistență multora similare. Nu toate dintre ele pot fi numite fundamentale, așa cum este adesea fenomenul de forță secundar (forță de frecare, de exemplu, cu interacțiunea dintre moleculele). Interacțiunea electromagnetică poate fi, de asemenea secundar - ca o consecință. Fizica Moleculara dă exemplul lui Van der Waals. De asemenea, oferă multe exemple și fizica particulelor elementare.

În natură,

Aș dori să ajung la esența proceselor care au loc în natură, deoarece ne face să funcționeze interacțiunea electromagnetică. Care este exact forța fundamentală care determină toate construite forțele sale secundare? Toată lumea știe că interacțiunea electromagnetică, sau, cum este numit, energie electrică este fundamentală. Acest lucru este demonstrat de legea lui Coulomb, care are propria sa generalizare care rezultă din ecuațiile lui Maxwell. Recente descrie toate forțele magnetice și electrice care apar în mod natural. Acesta este motivul pentru care se dovedește că interacțiunea câmpurilor electromagnetice - forțe fundamentale ale naturii. Următorul exemplu - forța de gravitație. Chiar și elevii știu despre legea gravitației universale Isaaka Nyutona, care, de asemenea, recent a primit o generalizare corectă a ecuațiilor lui Einstein, și, conform teoriei lui de greutate, forța interacțiunea electromagnetică este fundamentală în natură, de asemenea.

După ce, la un moment dat se credea că există doar aceste două forțe fundamentale, dar știința a venit înainte, dovedind treptat că nu este așa. De exemplu, odată cu descoperirea nucleului atomic a trebuit să introducem conceptul de energie nucleară, sau cum să înțeleagă principiul de retenție a particulelor în interiorul nucleului, de ce nu zboară departe în toate direcțiile. Înțelegerea modului în care interacțiunea electromagnetică în natură, a ajutat măsura forțele nucleare, pentru a studia și de a descrie. Ulterior, cu toate acestea, oamenii de știință au ajuns la concluzia că forțele nucleare sunt secundare și în multe manifestări, cum ar fi Van der Waals. De fapt, numai forțe cu adevărat fundamentale care asigură quarcii interacționează unele cu altele. Apoi - un efect secundar - este interacțiunea dintre câmpurile electromagnetice ale protonii și neutronii din nucleu. Într-adevăr fundamental este interacțiunea dintre quarci, gluoni sunt schimbate. Astfel, a fost descoperit în natură este într-adevăr a treia forță fundamentală.

Continuarea poveștii

particule elementare de degradare, grele - pe brichetă, iar dezintegrarea descrie noua puterea interacțiunii electromagnetice, care este bine numit - puterea interacțiunii slabe. De ce săraci? Deoarece interferența electromagnetică în natură este mult mai puternic. Și din nou, sa dovedit că teoria interacțiunilor slabe, atât de grațios îmbarcat în imaginea lumii și inițial descrie perfect descompunerea particulelor elementare, nu reflectă aceleași postulate, în cazul în care energia este crescută. Acesta este motivul pentru care teoria veche a fost reproiectat la alta - o teorie a interacțiunii slabe, de data aceasta sa dovedit a fi universale. Deși a fost construit a fost pe aceleași principii ca și restul teoriei care descrie interacțiunea electromagnetică a particulelor. În timpurile moderne, există patru interacțiuni studiate și dovedite fundamentale, iar a cincea - pe drum, el va veni. Toate cele patru - gravitaționale, puternic, slab, electromagnetice - sunt construite pe un singur principiu: forța generată între particule este rezultatul unui operator de transport de partajare Pus în aplicare, sau în alt mod - mediază interacțiunea.

Ce fel de un asistent? Acest foton - fara masa particulelor, dar cu toate acestea, cu succes construiește interferențe electromagnetice din cauza de a schimba un cuantum de unde electromagnetice sau cuantice de lumină. Interacțiunea electromagnetică este realizată de fotoni în domeniul de particule încărcate, care comunică cu o anumită forță, ca fiind timpul și tratează legea lui Coulomb. Există o particulă fără masă - gluon, are opt soiuri, îi ajută să comunice cuarci. Această interacțiune electromagnetică este o atracție între costuri, acesta este declarat a fi puternic. Da, și interacțiunea slabă nu este fără intermediari, cu care din oțel particule cu o masă mai mult decât atât, acestea sunt masive, care este greu. Acest bosoni vector intermediar. Greutatea lor și greutatea se datorează slăbiciunii interacțiunii. Gravity este schimburile de forță cuantică câmpul gravitațional. Aceasta este atracția interacțiunii electromagnetice de particule, nu este încă suficient studiată, chiar GRAVITON experimental nu a fost încă detectată, iar gravitația cuantică nu suntem destul de acolo, și doar pentru că trebuie să-l poate descrie nu a fost încă.

cincea forță

Am considerat patru tipuri de interacțiuni fundamentale: puternic, slab, electromagnetice, gravitaționale. Interacțiunea - este un act de schimb de particule, și nici o idee de simetrie nu se poate face, pentru că nu există nici o interacțiune care nu este asociat cu ea. Se determină numărul de particule și masa lor. Cu simetria exactă a masei este întotdeauna zero. Deci, fotonul și masa gluoni nu este, este egal cu zero, gravitonului - prea. Dacă simetria este rupt, masa încetează să mai fie zero. Astfel, bison vector intermediare au masă, deoarece simetria este rupt. Cele patru interacțiuni fundamentale a explicat tot ceea ce vedem și simțim. Forțele rămase spun că cuplarea lor electromagnetice este secundar. Cu toate acestea, în 2012, a existat un progres în știință și a fost descoperit o altă particulă, o dată a făcut celebru. O revoluție în lumea științifică a organizat deschiderea bosonul Higgs, care, după cum sa dovedit, de asemenea, servește ca purtător al interacțiunilor dintre cuarci și leptoni.

De aceea, oamenii de știință-fizicienii spun acum că a existat o forță a cincea, din care intermediarul sa dovedit a fi bosonul Higgs. Simetria este rupt aici: de la bosonul Higgs are o masă. Astfel, numărul de interacțiuni (cuvântul în fizica particulelor modernă se înlocuiește cu cuvântul „forță“) a ajuns la cinci. Poate ne așteptăm noi descoperiri, din moment ce noi nu știm exact dacă există chiar și în afară de aceste interacțiuni. Este foarte posibil ca am construit, iar astăzi acest model, s-ar părea perfect explica toate fenomenele observate în lume, și nu este destul de completă. Și poate că, după ceva timp, vor exista noi interacțiuni și noi puteri. Probabilitatea unei astfel există cel puțin pentru că am învățat treptat că sunt cunoscute în prezent interacțiuni fundamentale - puternice, slabe, electromagnetice, gravitaționale. La urma urmei, dacă există în natura particulelor supersimetrice, care sunt discutate în lumea științifică, aceasta înseamnă existența unei noi simetrie, simetrie și implică întotdeauna apariția unor noi particule care mediaza între ele. Astfel, am auzit de o forță fundamentală anterior necunoscută, așa cum a fost odată surprins să afle că există, de exemplu, interacțiunea electromagnetică, slabă. Cunoștințe privind propria noastră natură foarte incomplet.

interconectivitate

Cel mai interesant este faptul că orice interacțiune noi trebuie să conducă neapărat la un fenomen complet necunoscut. De exemplu, dacă nu am fi aflat despre interacțiunea slabă, nu am fi descoperit colapsul, iar în cazul în care nu a fost în cunoștințele noastre de degradare, nici un studiu de reacție nucleară ar fi fost imposibilă. Și dacă nu am fost conștienți de reacții nucleare, nu ar înțelege modul în care soarele straluceste pe noi. La urma urmei, în cazul în care nu a strălucit, și nu s-ar fi format viața pe Pământ. Așa că prezența interacțiunii indică faptul că este de o importanță vitală. În cazul în care interacțiunea puternică nu există, iar nucleele atomice nu ar fi stabil. Datorită interacțiunii electromagnetice Pământ primește energie de la soare, iar razele de lumină care sosesc de la el, cald planeta. Și toate interacțiunile cunoscute sunt esențiale. Aici Higgs, de exemplu. Bosonul Higgs oferă masa particulelor prin interacțiunea cu câmpul, suntem fără ea nu ar fi supraviețuit. Și cum, fără interacțiunea gravitațională a rămâne pe suprafața planetei? Ar fi imposibil să nu numai pentru noi, dar nimic.

Absolut toate interacțiunile, chiar și cele pe care noi încă nu știu, este o necesitate pentru tot ceea ce omenirea cunoaște, înțelege și iubește acolo. Ce putem ști? Da, foarte mult. De exemplu, știm că protonul este stabil în nucleu. Foarte, foarte important pentru noi, această stabilitate ei, în caz contrar în același mod nu ar exista viață. Cu toate acestea, experimente sugerează că viața de protoni - valoarea de timp limitată. Pe termen lung, desigur, 10 ^{34 ani.} Dar aceasta înseamnă că se încadrează mai devreme sau mai târziu, în afară, și protonul, iar acest lucru va necesita o nouă forță, care este o interacțiune nouă. Împotriva protonii degradare există deja teorie care presupune un grad nou, mult mai mare de simetrie, prin urmare, o nouă interacțiune ar putea exista de care noi nu știm nimic.

Marea unificare

Unitatea naturii este singurul principiu de construcție a tuturor interacțiunilor fundamentale. Multe întrebări apar în ceea ce privește numărul lor și să explice motivele pentru această cantitate specială. Versiunile construit aici un mare mulți, și ei sunt foarte diferite în concluziile. Explicați prezența doar un astfel de număr de interacțiuni fundamentale în toate modurile posibile, dar ele sunt un singur principiu de construire a probelor. Întotdeauna cele mai diferite tipuri de interacțiuni, cercetătorii încearcă să fuzioneze într-o singură. Prin urmare, astfel de teorii și teorii numit Grand Unified. Ca în cazul în care ramurile de copac mondială: o multitudine de ramuri, iar trunchiul este întotdeauna aceeași.

Asta pentru că există toate aceste teorii unificatoare idee. Rădăcina tuturor interacțiunilor cunoscute ale unei singure hrănire un trunchi, care se datorează pierderii de simetrie a început să se ramifica și au format diverse interacțiuni fundamentale, pe care le putem observa experimental. Această ipoteză nu a putut fi verificată încă, deoarece este nevoie de fizica extrem de mare de energie, experimente inaccesibile astăzi. Este foarte posibil, iar acest lucru este o opțiune pe care noi nu nu avem în posesia acestor energii. Dar, în jurul acestui obstacol este destul de posibil.

separat

Avem un univers, acceleratorul naturale, precum și toate procesele care au loc în ea, face posibilă chiar verifica ipotezele cele mai îndrăznețe despre rădăcinile comune ale tuturor interacțiunilor cunoscute. O altă sarcină interesantă de înțelegere a interacțiunilor în natură este, poate, chiar mai complexă. Este necesar să înțelegem modul în care să se refere gravitația cu celelalte forțe ale naturii. Aceasta este o interacțiune fundamentală stă ca ea separat, în ciuda faptului că, în conformitate cu principiul de construcție a acestei teorii este similar cu toate celelalte.

Einstein a studiat teoria gravitației, încearcă să-l lega cu electromagnetismul. În ciuda realității aparente pentru a rezolva această problemă, atunci teoria încă nu sa întâmplat. Acum omenirea cunoaște un pic mai mult, cel puțin știm despre interacțiunile puternice și slabe. Și dacă acum construcția completă a teoriei unificate, aceasta va afecta cu siguranță din nou lipsa de cunoștințe. Până în prezent nu a reușit să pună gravitația pe picior de egalitate cu celelalte interacțiuni, din moment ce toate supun legilor dictate de fizica cuantică și gravitația - nr. Conform teoriei cuantice, toate particulele sunt cuantele unui anumit domeniu. Dar gravitația cuantică nu există, cel puțin nu încă. Cu toate acestea, numărul de interacțiuni deja descoperite repetă cu voce tare despre ceea ce nu poate fi nici un singur sistem.

câmp electric

Înapoi în 1860 marele secol al XlX-lea fizicianul James Clerk Maxwell a reușit să creeze o teorie pentru a explica inducție electromagnetică. Atunci când o schimbare în câmpul magnetic într-un anumit punct în spațiu un câmp electric. Dacă acest câmp este găsit conductor închis, curentul de inducție curge în câmpul electric. Teoria lui Maxwell a câmpurilor electromagnetice demonstrează că procesul invers probabil: dacă schimbarea în timp câmpul electric într-un anumit punct în spațiu va fi nevoie de câmp magnetic. Deci, orice schimbare poate provoca un câmp electric variabil, și poate obține o modificare a câmpului magnetic alternativ electric în timpul câmp magnetic. Aceste variabile, genereaza fiecare alte domenii organizate de câmpul unificat - electromagnetic.

Cel mai important rezultat care rezultă din formulele teoriei lui Maxwell - o predicție că există unde electromagnetice, adică propagarea câmpului electromagnetic în timp și spațiu. Sursa câmpului electromagnetic se deplasează cu sarcini electrice de accelerare. Spre deosebire de acustic (elastice) undele electromagnetice se pot propaga în orice material, chiar și în vid. Interferențele electromagnetice în vid propagates cu viteza luminii (c = 299 792 kilometri pe secundă). Lungimea de undă poate fi diferită. Undele electromagnetice de la zece mii de metri până la 0,005 metri - aceasta este unde radio, care sunt folosite pentru a transmite informații către noi, adică semnalul pentru o anumită distanță, fără fire. unde radio create la curent de înaltă frecvență, care curge în antenă.

Care sunt valurile

Dacă lungimea radiației electromagnetice variază de la 0,005 micrometri până la 1 metru, adică acelea care sunt în intervalul dintre lumina si undele radio, vizibile - radiații infraroșii. emit toate corpurile încălzite: baterii, sobe, lămpi cu incandescență. Dispozitivele speciale transformă radiația infraroșie în lumină vizibilă, pentru a obține imagini ale obiectelor care le emit, chiar și în întuneric absolut. Lumina vizibila emite o lungime de undă de 770 până la 380 nanometri - culoarea virează de la roșu la violet. Această porțiune a spectrului are pentru viața umană cea mai mare importanță, deoarece o mare parte a informațiilor despre lume pe care le primim prin viziune.

În cazul în care radiația electromagnetică are o lungime de undă mai mică decât culoarea violet este lumina ultravioleta care ucide bacteriile. Razele X nu sunt vizibile cu ochiul liber. Ele absorb lumina cu greu straturi opace vizibile de material. X-ray diagnosticat boli ale organelor interne ale oamenilor și animalelor. Dacă radiația electromagnetică este generată de interacțiunea particulelor elementare și emise de nuclee excitate obținute prin radiație gamma. Aceasta este cea mai largă gamă din spectrul electromagnetic, deoarece nu se limitează doar la energii înalte. radiații gamma poate fi moale si dur: tranzițiile energetice în cadrul nucleelor atomice - moi, și în reacțiile nucleare - rigide. Aceste raze trage cu ușurință în jos molecule și caracteristici biologice. Mare fericire că în atmosfera de raze gamma nu se poate obține prin intermediul. Observarea raze gamma din spatiu poate fi. La energii foarte mari interacțiunea electromagnetică se propagă cu o viteză aproape de lumină: gamma atomilor cuante zdrobi nucleu, desfacandu-le în particule, împrăștiere în direcții diferite. La frânare, acestea emit lumină, vizibile în telescoape speciale.

Din trecut - viitor

Undele electromagnetice, așa cum a fost spus, prezis de Maxwell. A studiat cu atenție și a încercat să creadă în matematică imagini ușor naive Faraday, pe care au fost reprezentate fenomenele magnetice și electrice. A fost Maxwell a descoperit o lipsă de simetrie. Și că el a fost în măsură să dovedească un număr de ecuații care alternante câmpuri electrice generează și vice-versa magnetic. Acest lucru l-au condus să creadă că aceste câmpuri și detașați de conductorii sunt deplasate printr-un vid cu o anumită viteză gigant. Și el a dat seama. Viteza a fost aproape de trohstam mii de kilometri pe secundă.

Asta e teoria interacțiune și experiment. Un exemplu este deschiderea prin care am aflat despre existența undelor electromagnetice. În ea a venit împreună cu ajutorul fizicii concepte absolut eterogene - magnetism și electricitate, așa cum este un fenomen fizic de același ordin, doar diferite părți ale acestuia sunt în comunicare. Teoriile sunt dispuse unul în spatele celuilalt, și toate acestea sunt strâns legate între ele: teoria interacțiunii electroslabe, de exemplu, în cazul în care aceeași poziție descrisă de forța slabă nucleare și electromagnetice etc. Toate acestea combină cromodinamicii cuantice, care acoperă interacțiunile puternice și electroslabe (aici, precizia în timp ce mai mici, dar operațiunea continuă). Zonele studiate intens fizicieni, cum ar fi gravitația cuantică și teoria corzilor.

constatări

Se pare că spațiul care ne înconjoară complet impregnat cu radiații electromagnetice: stelele și soarele, luna și alte corpuri cerești, este Pământul în sine, și fiecare telefon în mâinile omului, și stațiile de antenă - toate acestea emite unde electromagnetice de nume diferite . În funcție de frecvența oscilațiilor, care radiază obiectul diferă în infraroșu, radio, lumina vizibila, razele bio-teren, raze X și altele asemenea.

Atunci când este distribuit un câmp electromagnetic, acesta devine o undă electromagnetică. Este pur și simplu o sursă inepuizabilă de energie, vibreze sarcinile electrice ale moleculelor și atomilor. Și în cazul în care taxa pendulează, mișcarea sa este accelerată, și, prin urmare, emite unde electromagnetice. În cazul în care modificările de câmp magnetic, câmpul este entuziasmat de vortex electric, care, la rândul său, excită câmpul magnetic vortex. Procesul trece prin spațiu, care cuprinde un punct după altul.