14.7. Гравитационное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие, хорошо известное по своим макроскопическим проявлениям, в случае элементарных частиц в силу чрезвы­чайной малости их масс на характерных расстояниях ~10^-15 м дают исключительно малые эффекты. Изучается ОТО.

14.8. Квантовая электродинамика (кэд)

КЭД – квантовая теория электромагнитного взаимодействия. Квантовое ЭМП интерпретируется как «газ» фотонов, а напряженности электрического и магнитного полей – как характеристики, описывающие вероятность обнаружения фотона в дан­ном состоянии в данный момент времени в данной области пространства. Согласованность этих двух концепций объясняется тем, что фотоны имеют целый спин и способны находиться в одинаковом состоя­нии, образуя конденсат. Конденсат большого числа фотонов определяет свойства классического ЭМП. Электромагнитное взаимодейст­вие между заряженными частицами осуществляется путем обмена фотонами. Пример. Свободный электрон испуска­ет фотон, а позитрон поглощает этот фотон. Теория всех эффектов в КЭД находится в полном количественном согласии с экспериментом.

14.9. Электрослабое взаимодействие

По современным представлениям при энергиях выше 80 ГэВ слабое и электромагнитное взаимодействия сравни­ваются по силе и выступают как проявление единого элек­трослабого взаимодействия. Электро­слабое взаимодействие частиц осуществляется путем обмена фотонами и промежуточными векторными W⁺-, W^-- и Z⁰-бозонами – массивными частицами со спином 1. Три промежуточных бозона и фотон – кванты единого электрослабого поля. Фотоны осуществляют взаимодействие электрически заряженных частиц и электрических токов, W-бозоны – взаимодей­ствие слабо заряженных, а Z⁰-бозоны – нейтральных токов.

14.10. Квантовая хромодинамика (кхд)

КХД – кванто­вая теория сильного взаимодействия цветных глюонных и кварковых полей. По современным представлениям КХД составляет основу описания сильного взаимодей­ствия кварков и адронов. Взаимодействие адронов – остаточный эффект межкварковых сил, так же как межмолекулярные силы – остаточный эффект кулоновского взаимодействия электронов и ядер молекул. Сильное взаимодействие кварков зависит от цвета и осуществляется посредством восьми безмассовых частиц – глюонов. Глюоны взаимодействуют между собой, поэтому глюонное поле сильных взаимодействий нелинейно. Кварки и глюоны в свободном виде не существуют, но их реальность косвенно доказана в экспериментах.

14.11. Гипотеза удержания цвета

Все реально наблюдаемые адроны «бесцветны» (их цветовой заряд равен нулю), но состоят из кварков и глюонов, имеющих цвет. Ни в природе, ни в экспериментах свободные кварки и глюоны не обнаружены. Гипотеза удержания цвета: кварки и глюоны могут существовать только в связанном виде внутри адронов. Впервые в истории физики элементы невозможно выделить принципиально, а не в силу технических трудностей.

Тема 15. Теория поля

15.1. Физические поля

Физические поля – физические системы, обладающие бесконечно большим числом степеней свободы. Пример: гравитационное поле. Для описания поля в каждый момент времени необходимо задать одну или несколько физических величин в каждой точке области, где имеется поле – задать полевую функцию. Полевые функции непрерывно распреде­лены в некоторой области пространства. Понятие поля применимо для описания свойств любой сплошной среды. Пример. Плазма непрерывна и переносит воздействия. Поэтому физические величи­ны, определяющие ее состояние, образуют поле – поле температур, давлений, плотностей зарядов и токов.