70.Виды фундаментальных взаимодействий

Гравитационное: константа взаимодействия . Радиус действия неограничен. Гравитационное взаимодействие универсальное, ему подтверждены все частицы. Однако в процессе микромира ощутимой роли не играет.

В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы   и  , разделёнными расстоянием  , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния — то есть:

Здесь   — гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725×10^-11 м³/(кг·с²).

Электромагнитное: константа взаимодействия равна . Радиус взаимодействия неограничен.

Краткая сводка основных формул классической электродинамики

На проводник с током   длиной  , помещенный в магнитное поле с индуктивностью  , действует сила Ампера:

На заряженную частицу с зарядом  , движущуюся со скоростью   в магнитном поле с индуктивностью  , действует сила Лоренца:

Сильное: этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа имеет величину 10, радиус действия примерно .

В хорошем приближении потенциальная функция взаимодействия двух нуклонов описывается выражением

в котором   константа сильного взаимодействия, обычно полагающаяся равной   в «системе констант» фундаментальных взаимодействий

Слабое взаимодействие: это взаимодействие ответственно за все виды β-распада ядер, за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия равна по порядку величины .

Сравнительные характеристики взаимодействий:

Вид взаимодействия	Константа взаимодействия	Время жизни, с
сильное	10
Электромагнитное
Слабое
гравитационное		--

71.Классификация элементарных частиц

Частицы – собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые (согласно существующим представлениям) невозможно расщепить на составные части.

Античастицы - частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).

Все элементарные частицы делятся на два класса:

• бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).

• фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

Типы элементарных частиц:

кванты полей: фотоны, γ (кванты электромагнитного поля), участвуют в электромагнитных взаимодействиях, но не обладают сильным и слабым взаимодействиями.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

• лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

• кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

• калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

  • фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

  • восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

  • три промежуточных векторных бозона W⁺, W⁻ и Z⁰, переносящие слабое взаимодействие;

  • гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально.

• Мезоны: сильно взаимодействующие нестабильные частицы. (π-мезоны, каоны).

• Барионы: объединяют в себе нуклоны и нестабильные частицы. Все барионы обладают сильным взаимодействием и активно взаимодействуют с атомами. Спин равен ½.