Слабое взаимодействuе — короткодействующее взаимодействие (радиус действия менее 10−27 м), которое обусловливает процессы превращения одних элементарных частиц в другие, а также взаимодействие нейтрино с веществом. Типичный пример слабого взаимодействия — бета-распад нейтрона (в атомном ядре нейтрон стабилен, но «в одиночестве» распадается за 15 минут). Переносчиками слабого взаимодействия являются векторные бозоны, масса которых достаточно велика (в сто раз превышает массу протона).
Электромагнитное взаимодействие — дальнодействующее взаимодействие (радиус действия не ограничен), определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул; проявляется в химических связях, силах упругости, трения; взаимодействующие частицы имеют электрические заряды. Именно электромагнитные силы отвечают за стабильность атомов, определяют структуру молекул и ход химических реакций.
Сильное взаимодействие — короткодействующее взаимодействие (радиус действия около 10−15 м), обусловленное ядерными силами, связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре; именно по этой причине ядра атомов являются весьма стабильными, устойчивыми к разрушению. Величина ядерных сил гораздо больше электромагнитных, поэтому взаимодействие данного вида и было названо сильным взаимодействием.
Все изменения, происходящие в природе, обусловлены этими фундаментальными взаимодействиями. Именно фундаментальные взаимодействия являются причинами и источниками преобразований материальных объектов, природных процессов и явлений. Фундаментальные взаимодействия имеют как общие черты, так и отличия друг от друга. Общим для всех взаимодействий является то, что передача взаимодействия осуществляется немгновенно, а с некоторой конечной скоростью, не превышающей фундаментальный предел — скорость света (скорость электромагнитных волн) в вакууме. Таким образом, в данном случае выполняется принцип близкодействия.
Кроме этого, по современным представлениям взаимодействие любого вида должно иметь своего физического агента, переносчика, «посредника», транслятора взаимодействия, при помощи которого оно происходит. В соответствии с этой концепцией взаимодействие между материальными объектами осуществляется посредством того или иного физического поля (например, тяготение — притяжение тел — осуществляется посредством гравитационного поля), непрерывно распределенного в пространстве, через среду, их разделяющую. Такой средой может являться материальная среда или вакуум.
С появлением в начале ХХ века квантовой механики представление о физическом поле существенно расширилось и углубилось. Согласно квантовой концепции поля любое поле является не непрерывным, но имеет дискретную структуру. Следствием корпускулярно-волнового дуализма является то, что каждому физическому полю соответствуют определенные частицы — корпускулы. Например, электромагнитному полю соответствуют фотоны: электромагнитное взаимодействие в квантовой теории поля является результатом обмена частиц фотонами (квантами электромагнитного поля). Таким образом, фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия. Аналогично этому физическое взаимодействие других видов возникает и передается в результате обмена материальных объектов квантами соответствующих полей.
Заключение
В космомикрофизике материя Вселенной представляется состоящей из элементарных частиц, как наименьших структурных единиц вещества. Развивая далее атомистическую модель Демокрита о том, что весь мир состоит из атомов, на современном уровне мы уже должны говорить, что он состоит из взаимодействующих элементарных частиц. В настоящее время в основе современной классификации элементарных частиц лежит их деление на два класса: сильновзаимодействующих (адроны) и слабовзаимодействующих (лептоны). Адроны делятся так же на мезоны и барионы, а последние, в свою очередь, на нуклоны (нейтроны и протоны) и гипероны (λ, Σ, Θ, Ω). Название гипероны происходит от греческого «гипер» — выше, так как они тяжелее протона, барионы — греческого «барис» — тяжелый.
К лептонам относятся электроны, мюоны и нейтрино. Барионы при любых реакциях могут превращаться в протоны или из них получаться. Барионам приписывается особое число В = 1, антибарионы имеют В = -1. В теории элементарных частиц показывается, что существует закон сохранения барионного числа в любом процессе. Именно этим законом обусловлена невозможность аннигиляции протона и электрона в обычных условиях, потому что протон — это барион, а электрон — лептон. С точки зрения квантовой статистики, частицы с разными (целыми и полуцелыми) спинами могут также разделяться на фермионы (статистика Ферми) с полуцелым спином (½) (электрон, нейтрон, мюон, протон, гиперон), бозоны (статистика Бозе) с целым (0 или 1) спином (пион (π-мезон), каон (К-мезон), фотон). Фермионы всегда, без исключения, возникают или аннигилируют парами. С другой стороны, бозоны могут рождаться или поглощаться по одному и группами по нескольку частиц.
Эти законы позволяют прогнозировать природу взаимодействия различных элементарных частиц. К концу 50-х годов нашего века численность и разнообразие элементарных частиц настолько выросли, что классификация их только по массе, заряду и спину, даже с учетом упомянутых законов сохранения барионного числа и странности, вызывала у физиков-теоретиков значительное неудовлетворение. Появлялись даже идеи, что за этим разнообразием скрывается некая симметрия.
Последними исследованиями показано, что кварки не являются самыми «неделимыми». Обнаружены уже протокварки.
Современные представления о природе таковы, что в рамках «стандартной модели» существуют всего три поколения кварков, лептонов и нейтрино, которые и представляют собой начальный уровень структурной организации материи, а значит Вселенной.
Горелов А. А. Концепции современного естествознания, курс лекций, М.: «Центр», 2001 г.
Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания, учебник для вузов / под. редакцией М. Ф. Жукова. -М.: Маркетинг, Новосибирск: ЮКЭА, 2000 г.
Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учеб. М.: Высш. шк, 2000.
Концепции современного естествознания. / С. И. Самыгин, М. И. Баскаков, В. О. Голубинцев и др., Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.
Дорфман Я. Г. Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века. — М.: Наука, 1979.
Роуэлл Г., Герберт С. Физика. — М.: Просвещение, 1994.
Савельев И. В. Курс общей физики. Т.1: Механика. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1987.
Готтфрид К., Вайскопф Концепция физики элементарных частиц.
М.: Мир, 1988.
