1 Много сил в природе – все сводятся к небольшому числу фундаментальных взаимодействий На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер: 1) Гравитационное взаимодействие (Гук, Ньютон, 1680) 2) Электромагнитное взаимодействие (Кулон 1780, Фарадей 1850, Максвелл 1870) 3) Сильное ядерное взаимодействие (Юкава, 1930) 4) Слабое ядерное взаимодействие (Ферми, 1940)
На уровне структуры протонов и нейтронов – Стандартная модель 1) Гравитационное взаимодействие 2) Электрослабое взаимодействие (Вайнберг, Салам, Глэшоу 1970) 3) Цветное взаимодействие (Гелл-Манн, Нишиджима, Фейнман, Политцер, Вилчек, Гросс 1970) 2 В любом варианте взаимодействие носит обменный характер – частицы обмениваются квантами соответствующего поля (бозонами)
На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер: Взаимодей Гравитацион Электромагни Сильное ствие (i) ное (g) тное (e) ядерное (s) Слабое ядерное (w) Частицаперенoсчик. Гравитон (? ) Фотон (!) , , . . мезоны W, Z (векторные) бозоны Её масса 0 0 ≈ 300 me ≈ 80 mp Её спин 2 (? ) 1 0, 1, . . 1 Система Солнечная, Галактика Атомы, Молекулы Атомные ядра Деструктивное: β-распад Характер Притяжение взаимодей ствия Время жизни Притяжение Отталкивание нсек – фсек 10 -24 сек 3
На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер (продолж. ): Взаимодей Гравитацион Электромагни Сильное ствие (i) ное (g) тное (e) ядерное (s) Слабое ядерное (w) Радиус, ri Энергия по сравн. с ЭМ для двух протонов в ядре 10 -36 1 14 10 -7 4
Фундаментальные взаимодействия на уровне структуры протонов и нейтронов: 5
Как «придумались» кварки? Протон – фермион, он может состоять только из фермионов, причём из нечётного числа – минимум 3: или +1/3+1/3=1, или +2/3 -1/3=1 Murray Gell-Mann, Нобелевская премия 1969 года Нейтрон – фермион, он может состоять только из фермионов, причём из нечётного числа – минимум 3: +2/3 -1/3=0 Это – самые простые варианты 4
Задача: выбить кварк из протона Электрон, Энергия 30 э. В Атом Ион Так выбивают электрон из атома 5
Задача: выбить кварк из протона Протон, энергия 30 Мэ. В Ядро Z Z-1 Так выбивают протон из ядра 5
Задача: выбить кварк из протона Протон Пион Протон, энергия 1 Гэ. В Протон ? А где же кварки ? Нету… 5
Задача: выбить кварк из протона Протон, энергия 100 Гэ. В ? А где же кварки ? Нету… Много пионов и протонов 5
Задача: выбить кварк из протона Протон, энергия 1 Тэ. В ? А где же кварки ? Нету… 5 Очень много пионов и протонов
6 Вывод: взаимодействие между кварками в нуклоне такое сильное, что когда энергии хватает для их выбивания, они родятся либо парами (мезоны), либо тройками (нуклоны) Кварки взаимодействуют друг с другом благодаря тому, то они имеют «сильный» заряд ( «цвет» ), который принимает 3 значения: R, G, B Оказывается, существуют анти R, анти G, анти B + Протон + Пи-плюс-мезон
Квантовая хромодинамика Цвет кварков: кварков Желтый Синий Красный Цвет антикварков: антикварков Фиолетовый Оранжевый Зеленый 14
Классификация элементарных частиц по спину 15
6 Строение атома в стандартной модели
Пример процесса, идущего за счёт слабого взаимодействия: бета-минус распад: свободный нейтрон распадается в среднем за 918 сек Уравнение бета-минус распада 8
9 Электрослабое взаимодействие
Слоагсно рзелульаттам илссеовадний одонго анлигйсокго унвиертисета, не иеемт занчнеия, в кокам пряокде рсапожолены бкувы в солве. Галвоне, чотбы преавя и пслоендяя бквуы блыи на мсете. Осатьлыне бкувы мгоут селдовтаь в плоонм бсепордяке, все рвано тксет чтаитсея без побрелм. Пичрионй эгото, по миенню сципаелитосв, ялвятеся то, что мы не чиатем кдаужю бкуву по отдльенотси, а чиатем все солво цликеом.