Elektromagnetische Wechselwirkung von Partikeln

In diesem Artikel werden schauen, was die Kräfte der Natur genannt wird – die fundamentale elektromagnetische Wechselwirkung und die Prinzipien, auf denen sie gebaut wird. Es wird auch über die Möglichkeit der Existenz neuer Ansätze zur Untersuchung dieses Themas erzählt wird. In der Schule in Physikunterricht werden die Schüler mit einer Erklärung des Begriffs der „Kraft“ konfrontiert. Sie lernen, dass die Leistung sehr vielfältig sein kann – die Reibungskraft, die Schwerkraft, Elastizität und Festigkeit von vielen ähnlichen. Nicht alle von ihnen kann grundlegende genannt werden, da sehr oft ist das Phänomen der Sekundärkraft (Reibungskraft, beispielsweise mit seiner Wechselwirkung des Moleküls). Die elektromagnetische Wechselwirkung kann auch sekundär sein – als Folge. Molekülphysik gibt das Beispiel von Van der Waals-Kraft. Auch gibt viele Beispiele und Elementarteilchenphysik.

In der Natur,

Ich möchte das Wesen der Prozesse in der Natur vorkommenden bekommen, da es uns die elektromagnetische Wechselwirkung macht arbeiten. Was genau ist die grundlegende Kraft, die seine Sekundärkräfte alle gebaut bestimmt? Jeder weiß, dass die elektromagnetische Wechselwirkung, oder, wie sie genannt wird, elektrische Leistung von grundlegender Bedeutung ist. Dies wird durch die Coulomb-Gesetz hervorgeht, die ihre eigene Verallgemeinerung hat aus den Maxwell-Gleichungen ergeben. Neueste beschreiben alle natürlich vorkommenden magnetischen und elektrischen Kräfte. Deshalb ist es, dass die Interaktion von elektromagnetischen Feldern bewiesen – Grundkräfte der Natur. Das folgende Beispiel – die Schwerkraft. Auch wissen Schüler über das Gesetz der universellen Gravitation Isaaka Nyutona, der auch vor kurzem eine richtige Verallgemeinerung der Einsteinschen Gleichungen aufgestellt, und nach seiner Theorie der Schwerkraft, die Kraft der elektromagnetischen Wechselwirkung ist in der Natur von grundlegender Bedeutung, auch.

Es war einmal wurde angenommen, dass es nur diese beiden fundamentalen Kräfte, aber die Wissenschaft kam nach vorne, nach und nach zu beweisen, dass es nicht so ist. Zum Beispiel mit der Entdeckung des Atomkernes hatten wir das Konzept der Kernkraft, oder wie man versteht das Prinzip der Rückhaltung von Partikeln im Kern einzuführen, warum sie in alle Richtungen fliegen nicht weg. Zu verstehen, wie die elektromagnetische Wechselwirkung in der Natur, dazu beigetragen, die Kernkräfte hat zu messen, zu studieren und zu beschreiben. Anschließend jedoch kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Kernkräfte sekundär sind und in vielen Manifestationen wie die Van der Waals-Kraft. nur wirklich fundamentale Kräfte in der Tat, dass der Quark bieten miteinander interagieren. Dann – ein Nebeneffekt – ist die Wechselwirkung zwischen den elektromagnetischen Feldern der Protonen und Neutronen im Kern. Wirklich von grundlegender Bedeutung ist das Zusammenspiel von Quarks, Gluonen ausgetauscht. So wurde in der Natur entdeckt ist wirklich die dritte Grundkraft.

Fortsetzung der Geschichte

Elementarteilchen Zerfall, schwer – auf dem Feuerzeug, und dessen Zerfall beschreibt die neue Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung, die auch bezeichnet wird – die Kraft der schwachen Wechselwirkung. Warum arm? Da elektromagnetische Störungen in der Natur ist viel stärker. Und wieder, es stellte sich heraus, dass die Theorie der schwachen Wechselwirkung, so anmutig in das Bild der Welt in Angriff genommen und ursprünglich beschreibt perfekt den Zerfall der Elementarteilchen, nicht die gleichen Postulate reflektieren, wenn die Energie erhöht wird. Deshalb ist die alte Theorie zu einem anderen neu gestaltet – eine Theorie der schwachen Wechselwirkung, diesmal universell erwiesen. Obwohl es gebaut wurde, war es auf den gleichen Prinzipien wie der Rest der Theorie der elektromagnetischen Wechselwirkung von Teilchen beschreibt. In der heutigen Zeit gibt es vier untersucht und bewiesen fundamentalen Wechselwirkungen und die fünfte – auf dem Weg, um ihn wird es kommen. Alle vier – Gravitations, stark, schwach, elektromagnetische – auf einem einzigen Prinzip aufgebaut: die Kraft, die zwischen den Teilchen ist das Ergebnis eines Mitbenutzungs Implementiert Träger oder auf andere Weise – Wechselwirkung vermitteln.

Was für einen Assistenten? Dieses Photon – ohne Partikelmasse, aber dennoch baut erfolgreich elektromagnetische Störungen aufgrund eines Quanten von elektromagnetischen Wellen oder Lichtquant auszutauschen. Die elektromagnetische Wechselwirkung wird durch Photonen im Bereich der geladenen Teilchen durchgeführt, die mit einer gewissen Kraft in Verbindung steht, wie die Zeit, und behandelt das Gesetz Coulomb. Es gibt einen masselos Partikel – Gluon, es acht Sorten hat, hilft es, Quark zu kommunizieren. Diese elektromagnetische Wechselwirkung ist eine Anziehung zwischen den Ladungen, und es wird gesagt, stark zu sein. Ja, und die schwache Wechselwirkung ist nicht ohne Vermittler, mit denen Stahlpartikeln mit einer Masse mehr als das, sie sind riesig, das ist schwer. Diese Zwischen Vektorbosonen. Ihr Gewicht und das Gewicht ist auf die Schwäche der Interaktion. Die Schwerkraft ist die Kraft, den Austausch Quantengravitationsfeld. Dies ist die Anziehungskraft der elektromagnetischen Wechselwirkung von Teilchen, ist es noch nicht genug ist, untersucht, auch experimentell Graviton noch nicht erkannt, und Quantengravitation sind wir nicht ganz da, und nur, weil wir es kann noch nicht beschreiben müssen.

fünfte Kraft

Wir betrachteten vier Arten von fundamentalen Wechselwirkungen: starke, schwache, elektromagnetische, Gravitations. Interaktion – ist ein Akt des Austausches von Partikeln, und keine Ahnung von Symmetrie nicht tun können, weil es keine Wechselwirkung gibt, die nicht mit ihm verbunden ist. Er bestimmt die Anzahl der Teilchen und ihrer Masse. Mit der exakten Symmetrie der Masse ist immer Null. So ist das Photon und die Gluon-Masse nicht, es ist gleich Null, das Graviton – zu. Wenn Symmetrie gebrochen wird, hört die Masse Null. Somit weist die Zwischenvektor Bison Masse, weil die Symmetrie gebrochen wird. Die vier fundamentalen Wechselwirkungen erklärt alles, was wir sehen und fühlen. Die verbleibenden Kräfte sagen, dass ihre elektromagnetische Kopplung ist zweitrangig. im Jahr 2012 gab es jedoch ein Durchbruch in der Wissenschaft und wurde ein anderes Teilchen, einmal bekannt geworden entdeckt. Eine Revolution in der Welt der Wissenschaft hat die Eröffnung des Higgs-Bosons organisiert, die, wie sich herausstellte, dient auch als Träger der Wechselwirkungen zwischen Quarks und Leptonen.

Deshalb Wissenschaftler-Physiker jetzt sagen, dass es eine fünfte Kraft war, der Vermittler, von denen sich herausstellte das Higgs-Boson zu sein. Symmetrie ist hier gebrochen: von dem Higgs-Boson eine Masse hat. So ist die Zahl der Interaktionen (das Wort in der modernen Teilchenphysik wird durch das Wort „Kraft“ ersetzt) hat fünf erreicht. Vielleicht warten wir auf neue Entdeckungen, da wir nicht genau wissen, ob auch abgesehen von diesen Interaktionen. Es ist durchaus möglich, dass wir gebaut haben, und heute dieses Modell wäre es perfekt erklärt alle Erscheinungen in der Welt zu beobachten scheint, und ist nicht ganz vollständig. Und vielleicht nach einiger Zeit wird es neue Interaktionen und neue Kraft. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen gibt es zumindest, weil wir sehr allmählich gelernt, dass es zur Zeit fundamentale Wechselwirkungen bekannt – starke, schwache, elektromagnetischen, Gravitations. wenn es in der Natur der supersymmetrischen Teilchen Schließlich ist, die in der wissenschaftlichen Welt diskutiert werden, bedeutet dies die Existenz einer neuen Symmetrie und Symmetrie bringt immer die Entstehung neuer Teilchen, die zwischen ihnen vermitteln. So hören wir von einer bisher unbekannten Grundkraft, als einmal waren überrascht zu erfahren, dass es zum Beispiel elektromagnetische, schwache Wechselwirkung. Wissen über unsere eigene Natur sehr unvollständig.

Interconnectivity

Die interessanteste daran ist, dass jede neue Interaktion notwendigerweise zu einem völlig unbekannten Phänomen führen muss. Zum Beispiel, wenn wir über die schwache Wechselwirkung nicht gelernt hatten, haben wir nie den Zusammenbruch, entdeckt und wenn es nicht in unserem Wissen des Verfalls ist, keine Untersuchung der Kernreaktion wäre unmöglich gewesen. Und wenn wir nicht bewusst Kernreaktionen waren, würde es nicht verstehen, wie die Sonne auf uns scheint. wenn es leuchtet Immerhin nicht, und das Leben auf der Erde würde nicht gebildet werden. So dass die Anwesenheit der Wechselwirkung zeigt an, dass es von entscheidender Bedeutung ist. Wenn die starke Wechselwirkung nicht vorhanden ist, und Atomkerne nicht stabil sein. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung erhält Erde Energie von der Sonne, und die Lichtstrahlen, die von ihm kommen, erwärmen die Planeten. Und alle bekannten Wechselwirkungen sind von wesentlicher Bedeutung. Hier Higgs, zum Beispiel. Higgs-Boson liefert Partikelmasse um mit dem Feld in Wechselwirkung, sind wir ohne sie nicht überlebt hätte. Und wie, ohne die gravitative Wechselwirkung auf der Oberfläche des Planeten zu bleiben? Es wäre nicht nur für uns, sondern gar nichts unmöglich sein.

Absolut alle Interaktionen, auch solche, die wir noch nicht kennen, ist ein Muss, um alles, was die Menschheit kennt, versteht und liebt es. Was können wir wissen? Ja, eine ganze Menge. Zum Beispiel wissen wir, dass das Proton im Kern stabil ist. Sehr, sehr wichtig für uns, diese seine Stabilität, da sonst die gleiche Art und Weise gibt es kein Leben. Allerdings deuten Experimente, dass die Protonen Leben – Zeitwert begrenzt. Lange, natürlich 10 ³⁴ Jahre. Aber es bedeutet, dass neben früher oder später fallen, und das Proton, und dies wird einige neue Kraft erfordert, dass eine neue Interaktion ist. Gegen Zerfall Protonen bereits Theorie existiert, die ein neues, wesentlich höheres Maß an Symmetrie angenommen, daher könnte eine neue Interaktion von denen wir existiert nichts wissen.

Große Vereinigung

Die Einheit der Natur ist das einzige Prinzip der Konstruktion aller fundamentalen Wechselwirkungen. Viele Fragen stellen sich in Bezug auf die Anzahl von ihnen und die Gründe für diese bestimmte Menge erklären. Versionen hier sehr viele gebaut, und sie sind sehr unterschiedlich in den Schlussfolgerungen. Erklären Sie das Vorhandensein von nur einer solchen Anzahl von fundamentalen Wechselwirkungen in allen möglichen Wegen, aber sie sind ein einziges Prinzip Beweis für den Bau. Immer die verschiedensten Arten von Wechselwirkungen, die Forscher versuchen, in einem zu verschmelzen. Daher werden solche Theorien und Theorien Große Vereinheitlichte genannt. Als ob die Welt Äste: eine Vielzahl von Zweigen, und der Stamm ist immer gleich.

Das ist, weil es all diese Theorien zu vereinen Idee. Die Wurzel aller bekannten Wechselwirkungen eines einzelnen einen Stamm Fütterung, die durch den Verlust der Symmetrie begann, verzweigen sich und bildeten verschiedene fundamentalen Wechselwirkungen, die wir experimentell beobachten können. Diese Hypothese konnte noch nicht überprüft werden, weil es eine extrem hohe Energiephysik, Experimente unzugänglich heute erfordert. Es ist durchaus möglich, und dies ist eine Option, die wir nie nicht im Besitz dieser Energien haben. Aber um dieses Hindernis ist durchaus möglich.

auseinander

Wir haben ein Universum, den natürlichen Beschleuniger und alle Prozesse, die darin auftreten, machen es möglich, auch die kühnsten Hypothesen über gemeinsame Wurzeln aller bekannten Wechselwirkungen zu überprüfen. Eine weitere interessante Aufgabe, die Wechselwirkungen in der Natur zu verstehen, ist vielleicht sogar noch komplexer. Es ist notwendig, zu verstehen, wie die Schwerkraft mit den anderen Kräften der Natur beziehen. Dies ist eine fundamentale Wechselwirkung steht, wie sie getrennt, trotz der Tatsache, dass nach dem Prinzip der Konstruktion dieser Theorie zu allen anderen ähnlich ist.

Einstein studierte die Theorie der Schwerkraft und versucht es mit Elektromagnetismus zu verknüpfen. Trotz der scheinbaren Realität dieses Problem zu lösen, dann noch die Theorie nicht geschehen ist. Jetzt weiß die Menschheit ein bisschen mehr, zumindest wissen wir über die starke und schwache Wechselwirkungen. Und wenn nun die komplette Konstruktion der einheitlichen Theorie, es wird sicherlich Auswirkungen auf wieder den Mangel an Wissen. Bisher scheiterte die Schwerkraft auf eine Stufe mit den anderen Wechselwirkungen zu setzen, da alle Gesetze der Quantenphysik und der Schwerkraft gehorchen diktiert – nein. Nach der Quantentheorie, alle Teilchen sind die Quanten eines bestimmten Feldes. Aber Quantengravitation nicht existiert, zumindest noch nicht. Allerdings wiederholt sich die Anzahl der bereits entdeckten Wechselwirkungen laut über das, was nicht jede einzelne Regelung sein kann.

elektrisches Feld

Zurück im Jahr 1860 der große neunzehnten Jahrhundert Physiker James Clerk Maxwell gelang es in eine Theorie zu schaffen, die elektromagnetische Induktion zu erklären. Wenn eine Änderung in dem magnetischen Feld in einem bestimmten Punkt im Raum wird ein elektrisches Feld. Wenn dieses Feld geschlossenen Leiter gefunden wird, fließt der Induktionsstrom in dem elektrischen Feld. Seine Theorie der elektromagnetischen Felder beweist Maxwell, dass wahrscheinlich umgekehrten Prozess: wenn eine Änderung in der Zeit das elektrische Feld in einem bestimmten Punkt im Raum wird Magnetfeld erforderlich. So kann jede Änderung ein veränderliches elektrisches Feld verursachen, und kann eine Änderung in dem elektrischen Wechselmagnetfeld in der Magnetfeld Zeit erhalten. Diese Variablen, erzeugen jeweils anderen Bereichen durch die einheitliche Feld organisiert – elektromagnetische.

Das wichtigste Ergebnis, das aus den Formeln des Maxwellschen Theorie folgt – eine Vorhersage, dass es elektromagnetische Wellen, das heißt ausbreitenden elektromagnetisches Feld in Raum und Zeit. Die Quelle des elektromagnetischen Feldes sind , bewegt sich mit Beschleunigung elektrischen Ladungen. Im Gegensatz zu akustischen (elastisch) elektromagnetischen Wellen können in einem beliebigen Material, auch im Vakuum ausbreiten. Elektromagnetische Störungen im Vakuum ausbreitet, mit Lichtgeschwindigkeit (c = 299 792 Kilometer pro Sekunde). Die Wellenlänge kann unterschiedlich sein. Elektromagnetische Wellen, die von zehntausend Metern zu Meter 0005 – das ist Radiowellen, die Informationen, die wir werden verwendet, um zu übertragen, das ist das Signal für eine bestimmte Strecke ohne Kabel. Erstellt Radiowellen mit Hochfrequenzstrom, der in der Antenne fließt.

Was sind die Wellen

Wenn die Länge der elektromagnetischen Strahlung von 0,005 Mikrometer bis 1 Meter beträgt, das heißt solche, die zwischen sichtbarem Licht und Radiowellen im Bereich sind – ist Infrarotstrahlung. Seine emittieren alle erhitzten Körper: Batterien, Öfen, Glühlampen. Spezielle Geräte wandeln Infrarotstrahlung in sichtbares Licht, Bilder von Objekten zu erhalten, die sie emittieren, auch in absoluter Dunkelheit. Sichtbares Licht emittiert eine Wellenlänge von 770 bis 380 Nanometer – die Farbe wechselt von rot bis violett. Dieser Teil des Spektrums hat für die menschliche Leben der größte Bedeutung, weil ein großer Teil der Informationen über die Welt, die wir durch Vision erhalten.

Wenn die elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als die purpurrote Farbe hat, ist ultraviolettes Licht, die Bakterien abtötet. Röntgenstrahlen sind für das Auge nicht sichtbar. Sie absorbieren kaum sichtbares Licht undurchlässig Materialschichten. Röntgen Erkrankungen der inneren Organe von Menschen und Tieren diagnostiziert. Wenn die elektromagnetische Strahlung wird durch Wechselwirkung der Elementarteilchen erzeugt und emittiert von angeregten Kernen durch Gammastrahlung erhalten. Dies ist die große Auswahl im elektromagnetischen Spektrum, weil es nicht auf hohe Energien begrenzt ist. Gamma-Strahlung kann weich und hart sein: Energieübergänge in Atomkernen – weich, und in Kernreaktionen – starr. Diese Strahlen ziehen leicht nach unten Molekülen und biologischen Eigenschaften. Großes Glück, das in der Atmosphäre von Gammastrahlen nicht durchkommen. Beobachten Gammastrahlen aus dem Weltraum kann. Bei sehr hohen Energien, breitet sich die elektromagnetische Wechselwirkung mit einer Geschwindigkeit nahe der Licht: Gamma-Quanten Crush Nukleus Atomen, brechen sie nach unten in Partikel, in verschiedenen Richtungen streu. Beim Bremsen, sie emittieren Licht, sichtbar in speziellen Teleskopen.

Von der Vergangenheit – die Zukunft

Elektromagnetische Wellen, wie gesagt worden ist, vorhergesagt durch Maxwell. Er sorgfältig studiert und versuchte, in der Mathematik etwas naive Bilder Faraday, auf dem die magnetische und elektrische Phänomene dargestellt zu glauben. Es war Maxwell einen Mangel an Symmetrie entdeckt. Und dass er in der Lage war, eine Reihe von Gleichungen zu beweisen, dass elektrische Wechselfelder erzeugen magnetische und umgekehrt. Dies führte ihn, dass solche Felder zu glauben, und lösen sich von den Leitern durch ein Vakuum mit einigen riesigen Geschwindigkeit bewegt werden. Und er dachte es. Speed war in der Nähe Tausende von Kilometern pro Sekunde trohstam.

Das ist Interaktion Theorie und Experiment. Ein Beispiel ist die Öffnung, durch die wir über die Existenz von elektromagnetischen Wellen gelernt. Darin zusammen mit Hilfe der Physik absolut heterogener Konzepte kamen – Magnetismus und Elektrizität, wie es ein physikalisches Phänomen in der gleichen Größenordnung ist, nur unterschiedliche Seiten davon sind in der Kommunikation. Theorien sind hintereinander angeordnet ist, und alle von ihnen sind in enger Beziehung zueinander: Die Theorie der elektro Interaktion, zum Beispiel, wo die gleiche Position durch die schwache Kernkraft und elektromagnetische beschrieben, etc. All diese Quantenchromodynamik kombiniert, um die starke und elektro Wechselwirkungen Abdeckung (hier Genauigkeit während niedriger aber der Betrieb wird fortgesetzt). Intensiv Bereichen wie Physiker als Quantengravitation und Stringtheorie untersucht.

Befund

Es stellt sich heraus, dass der Raum uns vollständig mit elektromagnetischer Strahlung durchdrungen umgibt: die Sterne und die Sonne, Mond und anderen Himmelskörpern, es ist die Erde selbst, und jedes Telefon in der Hand des Menschen, und Antennenstationen – alles strahlt elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Namen . In Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingungen, die das Objekt unterscheiden Infrarot, Radio abstrahlt, sichtbares Licht, Bio-Bereich-Strahlen, Röntgenstrahlen und dergleichen.

Wenn ein elektromagnetisches Feld verteilt wird, wird es eine elektromagnetische Welle. Es ist einfach eine unerschöpfliche Energiequelle, um die elektrischen Ladungen der Moleküle und Atome vibrieren. Und wenn die Ladung schwingt, ist seine Bewegung beschleunigt, und daher sendet elektromagnetische Wellen. Wenn das Magnetfeld ändert, wird das Feld, das durch elektrischen Wirbel angeregt, was wiederum das magnetische Wirbelfeld erregt. Der Prozess geht durch den Raum, einen Punkt nach dem anderen umfassen.