Elementární interakce

Za všechny fyzické jevy pozorované ve vesmíru jsou odpovědné čtyři základní interakce , přičemž každá z nich se projevuje silou nazývanou základní síla . Ty jsou :

V klasické fyzice byly zákony gravitace a elektromagnetismu považovány za axiomy . V kvantové teorii pole jsou však tyto síly popsány výměnou virtuálních bosonů : standardní model fyziky částic popisuje silné, slabé a elektromagnetické interakce, ale kvantová teorie pole pro gravitaci dosud nebyla vyvinuta.

Síly těchto základních sil jsou obvykle velmi odlišné (viz níže), ale jak se zvyšuje kinetická energie částic, síly se přibližují. Předpokládá se, že tyto čtyři síly mají stejnou účinnost při extrémně vysokých energiích, které byly ve hře těsně po Velkém třesku během Planckovy éry .

Silná interakce

Silná nukleární interakce má následující vlastnosti:

je zodpovědný za soudržnost všech hadronů ( baryonů a mezonů ), to znamená všech částic složených z kvarků ; je nepřímo zodpovědný za soudržnost atomových jader ;
dosah pouze 2,5 · 10 −15 m (0,000 000 000 000 0025 m), protože barevný náboj se neobjevuje „nahý“ na větší vzdálenosti (viz Omezení barev );
nejsilnější ze všech známých interakcí;
transportován gluony .

Elektromagnetická interakce

Elektromagnetická interakce má následující vlastnosti:

zodpovědný za většinu každodenních jevů: světlo , elektřina a magnetismus , chemie ... Například drží magnetické ozdoby na svislých stěnách vaší chladničky;
v zásadě neomezený akční rádius. V praxi však mají kladné a záporné náboje tendenci se navzájem neutralizovat;
může být atraktivní nebo odpuzující v závislosti na znamení elektrických nábojů; to platí také pro takzvaný severní a jižní pól magnetu;
stokrát slabší než silná interakce;
nesený fotonem .

Slabá interakce

Slabá nukleární interakce má následující vlastnosti:

je zodpovědný za jeden z typů radioaktivity , beta radioaktivitu , hraje také důležitou roli při jaderné fúzi (jako ve středu Slunce );
velmi krátký dosah, 10 −17 m;
10 5 krát méně výkonné než silné jaderné síly;
transportován těžkými bosony : Z 0 , W + a W - .

Gravitace

Gravitace je fenomén interakce fyziky, která způsobí, že přitažlivost převrácená hodnota tělesné hmotnosti mezi nimi, pod vlivem své hmotnosti . Sleduje se to každý den kvůli pozemské přitažlivosti, která nás drží na zemi. Gravitace je zodpovědný za několik fyzických projevů: přílivy , na oběžnou dráhu z planet kolem Slunce je kulovitosti většiny nebeských těles jsou některé příklady. Obecněji řečeno, struktura vesmíru ve velkém měřítku je určena gravitací.

Gravitace má následující vlastnosti:

je dominantní pro velké struktury vesmíru, protože je vždy atraktivní a nelze jej neutralizovat jako elektromagnetické síly;
neomezený akční rádius;
nejslabší ze všech interakcí, 10 38krát slabší než silná jaderná interakce (tj. sto miliard miliard miliard miliardkrát slabší);
gravitační vektor je dodnes neznámý. Určité hypotézy však vyzařují myšlenku, že částice je na počátku: graviton .

Tabulkové shrnutí

Interakce	Aktuální teorie	Zprostředkovatelé	Hmotnost (GeV / c 2 )	Přibližná relativní síla	Akční rádius (m)	Závislost na vzdálenosti
Silný	Chromodynamika kvantová (QCD)	8 gluonů	0	1	2,5 10 −15	${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Elektromagnetické	Kvantová elektrodynamika (QED)	foton	0	10 -2	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$
Nízký	Elektroslabá teorie	W + , W - , Z 0	80, 80, 91	10 -5	10 −18	${\ frac {1} {r ^ {5}}}$ na ${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Gravitace	Obecná relativita	graviton (postulováno)	0	10 -40	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$

Stručná historie sjednocení elementárních interakcí

XIX th století vidělo sjednocení elektřiny a magnetismu . Během XX th století, elektroslabá teorie byl nejprve vyvinut pro sjednocení elektromagnetismu se slabou interakci (podle Abdus Salam , Steven Weinberg , Sheldon Lee Glashow , Nobelovy ceny za fyziku z roku 1979). Silnou interakci bylo možné sjednotit v 70. letech, kdy první dva poskytly standardní model částicové fyziky , jehož předpovědi byly krátce poté ověřeny v urychlovačích částic . I když jsou však tyto interakce popsány ve společném rámci, intenzity tří sil, nazývaných také vazebné konstanty , nejsou stejné. Tyto konstanty jsou však konstantní pouze v přibližném smyslu. Jejich hodnota se mění v závislosti na rozsahu zapojených energií. Skutečnost, že vazebná konstanta slabé interakce se mění mnohem rychleji než elektromagnetická, umožnila jejich sjednocení relativně snadné, stejně jako experimentální ověření tohoto sjednocení. Rozsah energií, s nimiž se setkávají, je stále přístupný experimentům na urychlovačích.
Cílem teorií velkého sjednocení je poskytnout na jedné straně jednotný popis tří sil, ve kterých sdílejí stejnou vazebnou konstantu (popis, který by platil pro velmi velké energetické stupnice řádově 10 15 GeV ), a na druhé straně mechanismus, kterým je tato symetrie mezi třemi silami narušena na energetických stupnicích, které v současné době pozorujeme.

Nakonec všechny tyto popisy nezmiňují gravitaci, jejíž vliv zůstává zanedbatelný, pokud jsou energie v porovnání s Planckovou stupnicí řádově 10 18 GeV nízké , ale jejíž účinná vazebná konstanta se k této energii připojuje k energii ostatní interakce. Vzhledem k tomu, že teorie velkého třesku nás informuje, že vesmír zažil ve svých prvních okamžicích velmi horkou a velmi hustou fázi, která se nazývá Planckova éra , připouští se, že správný popis tohoto prvotního vesmíru vyžaduje mít k dispozici kvantovou teorii gravitace . Pro zajištění této kvantové gravitace je vyvíjeno několik kandidátních teorií. Jedná se na jedné straně o teorii strun, která si rovněž stanoví cíl popsat další interakce v těchto stupnicích (hovoříme o teorii celku ) a kvantovou gravitaci se smyčkami, která je méně ambiciózní a jejím cílem je pouze kvantitativní popis gravitace bez zahrnutí dalších interakcí.

Poznámky a odkazy

" Standardní model | CERN ” , na home.cern (přístup k 6. května 2016 )

Podívejte se také

Externí odkaz

CEA: Čtyři základní interakce

Související články