Partículas de interacción electromagnéticos

Este artigo pode ollar para o que se chama as forzas da natureza - a interacción electromagnética fundamentais e os principios en que está construído. Tamén será informado sobre a posibilidade da existencia de novos enfoques para o estudo deste tema. Na escola, en clases de física, os alumnos son confrontados con unha explicación sobre o concepto de "forza". Eles sabe que a potencia pode ser moi diversa - a forza de rozamento, a forza da gravidade, a elasticidade e forza de moitos semellantes. Non todos poden ser chamados fundamentais, como é moitas veces o fenómeno de forza secundaria (forza de rozamento, por exemplo, coa súa interacción das moléculas). A interacción electromagnética pode ser secundaria - en consecuencia. Física molecular dá exemplo de Van der Waals. Tamén dá moitos exemplos e física de partículas elementais.

Na natureza,

Desexa chegar á esencia dos procesos que teñen lugar na natureza, como nos fai traballar a interacción electromagnética. O que é exactamente a forza fundamental que determina todo construídos súas forzas secundarias? Todo o mundo sabe que a interacción electromagnética, ou, como se chama, enerxía eléctrica é fundamental. Isto é evidenciado pola lei de Coulomb, que ten o seu propio xeneralización derivados das ecuacións de Maxwell. Últimas describir todos os que ocorren naturalmente forzas eléctricas e magnéticas. É por iso que se se probou que a interacción de campos electromagnéticos - forzas fundamentais da natureza. O exemplo a seguir - a forza da gravidade. Mesmo escolares saber sobre a lei da gravitación universal Isaaka Nyutona, que tamén recibiu recentemente unha xeneralización adecuada das ecuacións de Einstein, e, segundo a súa teoría da gravidade, a forza da interacción electromagnética é fundamental na natureza, tamén.

Era unha vez creuse que hai só estas dúas forzas fundamentais, pero a ciencia avanzou aos poucos, probando que non é así. Por exemplo, co descubrimento do núcleo atómico tiñamos introducir o concepto de enerxía nuclear, ou a forma de entender o principio de retención de partículas no núcleo, polo que non voan en todas as direccións. Comprender como a interacción electromagnética na natureza, axudou a medir as forzas nucleares, para estudar e describir. Posteriormente, con todo, os científicos chegaron á conclusión de que as forzas nucleares son secundarias e en moitas manifestacións como a forza de van der Waals. De feito, as forzas só é realmente fundamentais que fornecen os quarks interactúan uns cos outros. Logo - un efecto secundario - é a interacción entre os campos electromagnéticos de protóns e neutróns no núcleo. Verdadeiramente fundamental é a interacción dos quarks, gluóns son trocados. Así foi descuberto na natureza é realmente a terceira forza fundamental.

Continuación da historia

Elemental partículas de decaimento, pesado - o máis lixeiro, ea súa decadencia describe a nova forza da interacción electromagnética, que é ben nomeado - o poder da interacción feble. Por pobres? Porque a interferencia electromagnética na natureza é moito máis forte. E, de novo, descubriuse que a teoría das interaccións débiles, tan graciosamente embarcou na imaxe do mundo e orixinalmente describe perfectamente o decaemento das partículas elementais, non reflicten os mesmos postulados, a enerxía é aumentado. É por iso que a vella teoría foi redeseñado para outro - unha teoría da interacción débil, esta vez demostrou ser universal. A pesar de ser construído, foi nos mesmos principios como o resto da teoría que describe a interacción electromagnética de partículas. Os tempos modernos, hai catro interaccións estudados e comprobados fundamentais, así como a quinta - no camiño, sobre el virá. Todos os catro - gravitacional, forte, débil, electromagnética - son construídas nun único principio: a forza xerada entre as partículas é o resultado dunha repartición aplicada transportista, ou doutro xeito - mediar a interacción.

Que tipo de un asistente? Este fotón - sen masa de partículas, pero aínda así con éxito constrúe interferencia electromagnética debido a cambio dun cuanto de ondas electromagnéticas ou cuanto de luz. A interacción electromagnética é realizada por fotóns no campo de partículas cargadas, que se comunican con certa forza, como o tempo o seu e trata o lei de Coulomb. Hai unha partícula sen masa - glúon, que ten oito variedades, que axuda a comunicar quarks. Esta interacción electromagnética é unha atracción entre as cargas, e dise ser forte. Si, e a interacción feble non é sen intermediarios, co cal aceiro partículas cunha masa máis que iso, son enormes, que é abondo. Este intermediario bosóns vectoriais. O seu peso eo peso é debida á debilidade da interacción. A gravidade é a forza intercambios campo gravitacional cuántica. Esta é a atracción da interacción electromagnética de partículas, aínda non é suficiente estudada, aínda gráviton experimentalmente non detectado, e gravidade cuántica que non son moi alá, e só porque temos que describilos-lo non aínda.

quinta forza

Consideramos catro tipos de interaccións fundamentais: forte, débil, electromagnética, gravitacional. Interacción - é un acto de intercambio de partículas, e ningunha idea de simetría non pode facer, porque non hai ningunha interacción que non está asociado a el. Ela determina o número de partículas ea súa masa. Coa simetría exacta de masa é sempre cero. Así, o fotón ea masa glúon non é, é igual a cero, o gráviton - tamén. A simetría é quebrada, a masa deixa de ser cero. Así, os bisontes vector intermediio ter de masa, porque a simetría é roto. As catro interaccións fundamentais explicou todo o que vemos e sentimos. As forzas restantes din que o seu acoplamento electromagnético é secundario. Con todo, en 2012 houbo un avance na ciencia e descubriuse outra partícula, xa que se fixo famosa. Unha revolución no mundo científico organizou a apertura do Higgs, que, como se viu, tamén serve como un vehículo das interaccións entre quarks e leptones.

É por iso que os científicos-físicos agora dicir que houbo unha quinta forza, o intermediario dos cales resultou ser o bosón de Higgs. Simetría é roto aquí: do bosón de Higgs ten unha masa. Así, o número de interaccións (a palabra en física de partículas moderna substitúese polo termo "forza") alcanzou cinco. Quizais estamos esperando por novos descubrimentos, pois non sabemos exactamente se hai mesmo alén destas interaccións. É moi posible que nós construímos, e hoxe este modelo, ao parecer perfectamente explica todos os fenómenos observados no mundo, e non é ben completo. E quizais, despois de moito tempo, haberá novas interaccións e novas forzas. A probabilidade de tal, hai, polo menos, porque moi poucos aprendín que non son actualmente coñecidos interaccións fundamentais - forte, feble electromagnética, gravitacional. Ao final, se existe na natureza das partículas supersimétricas, que son discutidas no mundo científico, significa a existencia dunha nova simetría, e simetría sempre implica a aparición de novas partículas que median entre eles. Así, escoitamos falar dunha forza fundamental previamente descoñecido, como xa quedou sorprendido ao saber que hai, por exemplo, electromagnética, a interacción feble. Coñecemento sobre a nosa propia natureza moi incompleta.

interconectividade

O máis interesante é que calquera nova interacción debe necesariamente levar a un fenómeno completamente descoñecido. Por exemplo, se non tivésemos aprendido sobre a interacción débil, nunca teriamos descuberto o colapso, e el non estaba no noso coñecemento de decadencia, ningún estudo de reacción nuclear sería imposible. E se nós non era consciente de reaccións nucleares, non estaba a entender como o sol brilla sobre nós. Ao final, se non brillar, ea vida na Terra non sería formado. Así que a presenza da interacción indica que é de vital importancia. A interacción forte non existe, e núcleos atómicos non sería estable. Debido á interacción electromagnética Terra recibe a enerxía do sol e os raios de luz que chegan a el, quentar o planeta. E todas as interaccións coñecidas son esenciais. Aquí Higgs, por exemplo. Bosón de Higgs ofrece masa de partículas interactuar co campo, estamos sen el non sobreviviría. E como, sen a interacción gravitacional para estar na superficie do planeta? Sería imposible non só para nós, pero nada.

Absolutamente todas as interaccións, mesmo aqueles que non saben, é unha obriga para todo o que a humanidade coñece, entende e ama alí. Que podemos saber? Si, moito. Por exemplo, sabemos que o protón é estable no núcleo. Moi, moi importante para nós, esta súa estabilidade, se non, do mesmo xeito, non habería vida. Con todo, as experiencias suxiren que a vida de protóns - valor de tempo limitado. Longo, por suposto, 10 ³⁴ anos. Pero iso significa que, máis tarde ou máis cedo desmoronar, eo protón, e iso vai esixir algunha nova forza, que é unha nova interacción. Contra protóns decaimento xa existen teoría que asumiu un novo grao moito maior de simetría, polo tanto, unha nova interacción pode existir de que non sabemos nada.

gran unificación

A unidade da natureza é o único principio de construción de todas as interaccións fundamentais. Moitas preguntas xorden en relación ao número de los e explicar as razóns para esa cantidade particular. Versións construído aquí un gran número, e son moi diferentes nas conclusións. Explicar a presenza de só un tal número de interaccións fundamentais en todas as formas posibles, pero son un único principio da creación de evidencia. Sempre os máis diferentes tipos de interaccións, os investigadores están tentando fundir nun só. Por conseguinte, tales teorías e teorías chamado Gran Unificado. Como se as ramas das árbores mundo: unha pluralidade de ramas e tronco é sempre o mesmo.

Porque hai todas estas teorías unificando idea. A raíz de todas as interaccións coñecidas dun único alimentando un tronco, o que é debido á perda de simetría comezou a ramifican-se e formou varias interaccións fundamentais, que podemos observar experimentalmente. Esta hipótese non foi posíbel verificar aínda, porque require física moi alta enerxía, experimentos inaccesibles hoxe. É moi posible, e esta é unha opción que nunca que non posúen esas enerxías. Pero en torno a este obstáculo é moi posible.

aparte

Temos un universo, o acelerador natural, e todos os procesos que teñen lugar nel, facelo posible comprobar ata as hipóteses máis ousadas sobre raíces comúns de todas as interaccións coñecidas. Outra tarefa interesante de entender as interaccións na natureza é quizais aínda máis complexa. Cómpre entender como relacionarse coa gravidade coas outras forzas da natureza. Esta é unha forza fundamental permanece como por separado, a pesar do feito de que, segundo o principio de construción desta teoría é semellante a todos os demais.

Einstein estudou a teoría da gravidade, intentando vincula-lo co electromagnetismo. A pesar da aparente realidade para solucionar este problema, entón a teoría aínda non aconteceu. Agora a humanidade coñece un pouco máis, polo menos sabemos sobre as interaccións fortes e débiles. E agora a construción completa da teoría unificada, que pode certamente afectar novo a falta de coñecemento. Ata agora non puido poñer gravidade en pé de igualdade con outras interaccións, xa que todos obedecen ás leis dictadas pola física cuántica e da gravidade - non. Segundo a teoría cuántica, as partículas son a canta dun determinado campo. Pero a gravidade cuántica non existe, polo menos non aínda. Con todo, o número de interaccións xa descubertos repite en voz alta sobre o que non pode ser calquera esquema único.

campo eléctrico

Volver en 1860, o gran XIX físico do século James Clerk Maxwell conseguiu crear unha teoría para explicar a indución electromagnética. Cando un cambio no campo magnético nun punto no espazo dun campo eléctrico. Se este campo se atopa condutor pechado, a cadea de indución flúe no campo eléctrico. A súa teoría de campos electromagnéticos Maxwell proba que proceso inverso probable: se o cambio no tempo o campo eléctrico nun punto no espazo esixirase campo magnético. Así, calquera cambio que se produza un campo eléctrico variable, e pode obter un cambio no campo magnético alternado eléctrica no momento campo magnético. Estas variables, xerar cada outros campos organizados polo campo unificado - electromagnética.

O resultado máis importante que se segue desde fórmulas teoría de Maxwell - unha previsión de que hai ondas electromagnéticas, é dicir, a propagación campo electromagnético no tempo e no espazo. A fonte do campo electromagnético está movendo con acusacións aceleración eléctricos. A diferenza acústico (elástico) das ondas electromagnéticas pode propagarse en calquera material, mesmo en baleiro. A interferencia electromagnética no baleiro propaga coa velocidade da luz (c = 299 792 km por segundo). A lonxitude de onda pode ser diferente. As ondas electromagnéticas de dez mil metros para 0,005 metros - este é ondas de radio que se usan para transmitir información para nós, que é o sinal para unha certa distancia sen fíos. ondas de radio creados en corrente de alta frecuencia que flúe na antena.

Cales son as ondas

Se a lonxitude da radiación electromagnética varía de 0,005 micrómetros ata 1 metro, é dicir, aqueles que están no rango entre luz e ondas de radio visibles - é a radiación infravermella. Seus emiten todo corpos quentes: baterías, cociñas, lámpadas incandescentes. dispositivos especiais converter a radiación infravermella en luz visible, para obter imaxes de obxectos que emiten lo, mesmo na escuridade absoluta. A luz visible emite unha lonxitude de onda de 770 a 380 nanómetros - a cor cambia de vermello para vermello. Esta parte do espectro ten para a vida extrema importancia, porque unha gran parte das informacións sobre o mundo que recibimos a través da visión.

A radiación electromagnética ten unha lonxitude de onda menor que a cor púrpura é a luz ultravioleta que mata bacterias. Os raios X non son visibles a simple vista. Eles dificilmente absorben a luz capas opacas visibles de material. raios X enfermidades dos órganos internos de seres humanos e animais diagnosticados. A radiación electromagnética é xerado pola interacción de partículas elementais e núcleos excitados emitida por obtidos por radiación gama. Esta é a ampla gama máis no espectro electromagnético porque non se limita a altas enerxías. A radiación gama pode ser suave e resistente: transicións de enerxía dentro de núcleos atómicos - suave, e en reaccións nucleares - ríxida. Estes raios facilmente tirar abaixo moléculas e características biolóxicas. Gran felicidade que na atmosfera de raios gama non pode pasar. Observar raios gama desde espazo pode ser. No enerxías moi altas a interacción electromagnética propaga a unha velocidade preto da luz: gama átomos núcleo canta de esmagamento, dividídelos en partículas, dispersando en direccións diferentes. Ao frear, eles emiten luz, visibles en telescopios especiais.

Do pasado - o futuro

As ondas electromagnéticas, como xa se dixo, previu por Maxwell. El coidadosamente estudado e tente crer en matemáticas algo inxenuos fotos de Faraday, en que os fenómenos magnéticos e eléctricos foron retratados. Foi Maxwell descubriu unha falta de simetría. E que foi capaz de demostrar unha serie de ecuacións que alternando campos eléctricos xeran versa magnético e vice. Isto levou a crer que tales campos e separar os condutores son movidos por medio dun baleiro con algo de velocidade xigante. E entender iso. Velocidade estaba preto de trohstam miles de quilómetros por segundo.

Isto é teoría da interacción e experiencia. Un exemplo é a apertura a través da cal aprendemos sobre a existencia de ondas electromagnéticas. Nel se reuniron coa axuda de Física conceptos absolutamente heteroxéneas - magnetismo e electricidade, xa que é un fenómeno físico da mesma orde, só lados diferentes do que están en comunicación. Teorías están dispostos un detrás do outro, e todos eles están estreitamente relacionadas entre si: a teoría de interacción electrofraca, por exemplo, onde a mesma posición descrita pola forza feble nuclear e electromagnética, etc. Todo isto combina chromodynamics cuántica, cubrindo as interaccións fortes e eletrofracas (aquí, a precisión mentres máis baixa, pero a operación continúa). Intensivamente estudado áreas tales físicos como a gravidade cuántica ea teoría das cordas.

resultados

Acontece que o espazo que nos rodea completamente permeada coa radiación electromagnética: as estrelas, o sol, a lúa e outros corpos celestes, é a propia Terra, e cada teléfono nas mans do home, e estacións de antenas - todo isto emite ondas electromagnéticas de nomes diferentes . Dependendo da frecuencia das oscilacións, que irradia o obxecto difiren infravermello, radio, luz visíbel, raios bio-campo, raios X e similares.

Cando un campo electromagnético distribúese, torna-se unha onda electromagnética. É simplemente unha fonte inagotable de enerxía, vibrar as cargas eléctricas das moléculas e átomos. E se a carga oscila, o seu movemento é acelerado e, polo tanto, emite ondas electromagnéticas. As alteracións do campo magnético, o campo está animado con vórtice eléctrico que, á súa vez, estimular o campo vórtice magnético. O proceso pasa por espazo, asumindo un punto despois do outro.