Рефераты по Физике

Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц

Страница 6

Важную роль последующие поколения, по-видимому, играют также и в том, что частицы первого поколения имеют именно те массы, которые они имеют. А от соотноше­ния между массами и-, d-кварков и электрона зависит само наше существование. Ведь разность масс нейтрона и прото­на обусловлена в основном разностью масс и- и d-кварков. А если бы выполнялось неравенство тр—mn+me>0, то водород был бы нестабилен.

Цвет и глюоны.

Источниками этих сил между кварками являются цветовые заряды,а их переносчиками являются частицы- глюоны.

Установлено, что кварки каждого аромата существуют в виде трех строго вырожденных разновидностей. Принято говорить, что эти разновидности отличаются друг от друга своими цветами. Обычно говорят, что кварки бывают трех цветов: желтого, синего и красного. Разумеется, никакого отношения к обычным, оптическим цветам эти кварковые цвета не имеют. В случае кварков «цвет» — это просто удобный термин для обозначения квантовых чисел, харак­теризующих кварки. Выбор трех основных оптических — желтого, синего и красного — цветов для обозначения зарядов кварков позволяет, как мы сейчас увидим, пользоваться нагляд­ной оптической аналогией.

Рис. 5

Цветовые заряды антикварков сопряжены зарядам кварков. Иног­да их называют антижелтым, анти­синим, антикрасным, иногда — фио­летовым, оранжевым и зеленым (рис. 5) в соответствии с известной пос­ледовательностью дополнительных цветов в оптическом спектре.

При таком подборе кварковых цветов адроны естест­венно называть бесцветными, белыми частицами. Барионы бесцветны, так как состоят из трех кварков трех взаимно дополнительных цветов. Мезоны представляют собой бес­цветные суперпозиции кварков и антикварков.

В сильном взаимодействии цветовые заряды кварков играют ту же роль, что и электрические заряды частиц в электромагнитном взаимодействии. Роль фотонов при этом играют электрически нейтральные векторные частицы, которые получили название глюонов (от английского glue — клей). Обмениваясь глюонами, кварки «склеива­ются» друг с другом и образуют адроны.

Основное отличие глюонов от фотонов заключается в том, что фотон — один и он электрически-нейтрален, а глюонов — восемь и он.и несут цветовые заряды. Благодаря своим цветовым зарядам глюоны сильно взаимодействуют друг с другом, испускают друг друга. Это как бы «светя­щийся свет». В результате такого нелинейного взаимодей­ствия распространение глюонов в вакууме совершенно не похоже на распространение фотонов, а цветовые силы не похожи на электромагнитные.

Электромагнитное взаимодействие.

В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.

Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q1 и q2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами.

Классические проявления электромагнитного взаимодействия хорошо известны, и мы не будем на них останавливаться. С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является элементарная частица фотон - безмассовый бозон со спином 1. Квантовое электромагнитное взаимодействие между зарядами условно изображается следующим образом:

Частица, испускающая фотон - частица, поглощающая фотон

 

Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия. Для этого надо использовать фундаментальные постоянные $\hbar$и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры

$\alpha = \displaystyle{\frac{{e}^{2}}{\hbar c}} \approx \displaystyle{\frac{1}{137}}$

Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.

С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия. Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия - теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия?

Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга. С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 102 ГэВ (ГэВ - это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 109 эВ, 1 эВ = 1,6*10-12 эрг = 1,6*1019 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10-8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10-2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10-10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11