14.3. Фундаментальные взаимодействия

Сравнивая скорости характерных процессов, порождаемых взаимодействиями элементарных частиц, можно разделить все взаимодействия в зависимости от интенсивности. Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга в природе, по современным данным, имеется четыре класса фундаментальных взаимодействий элементар­ных частиц: гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное (в порядке возрастания интенсивности). В моделях Великого объединения возможно выравнивание интенсивности слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий при сверхвысоких энергиях, больших 10¹⁶ ГэВ. В супергравитации и теории струн объединены все взаимодействия.

14.4. Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие – взаимодейст­вие, вызывающее процессы с элементарными частицами, протекающие с наибольшей интенсивностью. Оно приводит к самой сильной связи элементарных частиц, обусловливает ядерные реак­ции при низких энергиях, связь протонов и нейтронов в ядрах атомов. Поэтому его называют ядерным. Оно обеспечивает исключительную прочность атомных ядер, лежащую в основе стабиль­ности вещества в земных условиях, и другие свойства ядер. Физика сильного взаимодействия описывает соударения элементарных частиц высоких энергий.

14.5. Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие, в основе которого лежит связь с ЭМП. Процессы, обусловленные им, менее интенсивны, чем про­цессы сильного взаимодействия, а порождаемая им связь элементарных частиц заметно слабее. Электромагнитное взаимодействие, в част­ности, ответственно за процессы излучения фотонов, за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в мо­лекулах.

14.6. Слабое взаимодействие

Слабое взаимодействие слабо влияет на поведение элементарных частиц или вызывает очень мед­ленно протекающие процессы изменения их состояния. Оно обладает очень малым радиусом действия: около 2·10^-16 см (на три порядка меньше радиуса сильного взаимодействия). Поэтому, например, слабое взаимодействие ядер двух атомов, находящихся на расстоянии 10^-8 см, во много раз слабее даже гравитационного взаимодействия между ними. Так как слабое взаимодействие менее интенсивно, чем сильное и электромагнитное, адроны можно задержать желез­ной плитой толщиной в несколько десятков см, а нейтрино, участвующее лишь в слабом взаимодействии, должно проходить через железную плиту толщиной порядка миллиарда км, не испытав столкновений. Нейтрино беспрепятственно пронизывают, толщу Земли и Солнца. Слабым взаимодействием обусловлены: 1) эволюция звезд; 2) прев­ращение электрически заряженных лептонов в нейтрино; 3) взаимные превращения кварков различных ароматов; 4) сравнительно медленные распады квазистабильных элементарных частиц. Как правило, времена жизни этих частиц лежат в диапазоне 10^-8 – 10^-12 с, тогда как типичные времена переходов для сильного взаимодействия элементарных частиц составляют 10^-23 с. Наиболее распространенный процесс, обусловленный слабым взаимодействием, – бета-распад радиоактивных атомных ядер. При бета-распаде одного из нейтронов ядра образуются протон, электрон и электронное антинейтрино.