Oddziaływania fundamentalne
advertisement
Oddziaływania fundamentalne Zgodnie z obecnym stanem wiedzy uważa się, że wszystkie siły występujące w przyrodzie są przejawem czterech podstawowych rodzajów oddziaływań, a mianowicie oddziaływania grawitacyjnego, elektromagnetycznego, silnego (jądrowego) oraz słabego (tabela). Oddziaływanie fundamentalne grawitacyjne elektromagnetyczne silne (jądrowe) słabe Nośniki Względne natężenie Zasięg 10 39 daleki grawiton ? 7 10 3 daleki foton 1 bliski (10-15 m) gluony 10 5 ? bliski (10-18 m) W+, W- i Z0 (bozony pośredniczące) Względne natężenie poszczególnych oddziaływań oblicza się za pomocą bezwymiarowych stałych sprzężenia, zależnych od wielkości charakteryzujących dane oddziaływanie np. G lub oraz stałych uniwersalnych: , c, mp. Np. dla oddziaływania grawitacyjnego stała sprzężenia wynosi Gm2p /(c) a więc około 10-39. Oddziaływanie grawitacyjne jest tak słabe, że w mikroświecie nie odgrywa żadnej roli. Możemy je obserwować jedynie dlatego, że w świecie ciał makroskopowych mamy zawsze niemal idealne równoważenie się ładunków dodatnich i ujemnych. Odgrywa ono decydującą rolę w ruchach planet, gwiazd i galaktyk, a także w powszechnie znanych zjawiskach ziemskich takich jak np. spadek swobodny ze stałym przyspieszeniem. Oddziaływanie to można opisać dość dobrze za pomocą prawa powszechnego ciążenia sformułowanego przez Newtona. Współczesną teorią oddziaływania grawitacyjnego jest ogólna teoria względności Einsteina. Oddziaływanie elektromagnetyczne odpowiedzialne jest za wiązanie jąder atomowych i elektronów w trwałe układy (atomy, cząsteczki, kryształy itp.). Leży również u podstaw wszystkich procesów chemicznych i biologicznych oraz procesów emisji i absorpcji światła, fal radiowych i telewizyjnych (ogólniej promieniowania elektromagnetycznego). Elektryczność i magnetyzm początkowo uważano za całkowicie niezależne od siebie, aż do roku 1820, kiedy H. Ch. Oersted zauważył, że prąd elektryczny w przewodzie wpływa na zachowanie igły magnetycznej kompasu. Wzajemny związek pomiędzy elektrycznością i magnetyzmem został wyjaśniony przez J. Maxwella i opisany (w 1873 r.) w postaci 4 eleganckich równań, zwanych równaniami Maxwella. Oddziaływania silne i słabe są mniej znane z codziennego doświadczenia ze względu na swój nieprawdopodobnie mały zasięg. Oddziaływanie silne (jądrowe) powoduje wiązanie się nukleonów w trwałe jądra atomowe oraz jest odpowiedzialne za niektóre reakcje jądrowe oraz reakcje pomiędzy cząstkami elementarnymi i ich rozpady. O wielkiej sile oddziaływania jądrowego świadczą ogromne ilości energii wyzwalanej z małych ilości materiału rozszczepialnego w elektrowniach jądrowych, lub podczas wybuchu bomby atomowej Oddziaływanie słabe nie tworzy żadnych struktur związanych, wręcz przeciwnie - narusza trwałość układów nukleonowych, sprawiając, że jądra atomowe podlegają spontanicznie przemianie rozpad beta) Przykładem tego rodzaju przemiany jest rozpad neutronu: n p e e . Oddziaływanie słabe leży również u podstaw wielu innych reakcji cząstek elementarnych i ich rozpadów. 1 Obecnie uważa się, że oddziaływanie elektromagnetyczne i oddziaływanie słabe są przejawem jednego oddziaływania zwanego elektrosłabym. Prowadzone są również prace teoretyczne mające na celu unifikację wszystkich 4 oddziaływań. 2
