4.Сильное взаимодействие.

В ядре находятся протоны и нейтроны. Электромагнитная сила должна привести к тому, что все протоны разлетятся в разные стороны. Но этого не происходит. Почему? Какая сила может удержать их? Гравитация слишком слаба. Следовательно, существует какое-то более сильное, чем электромагнитное взаимодействие. Впоследствии оно было обнаружено.

Радиус действия новой силы оказался м. Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы.

Сильное взаимодействие – источник огромной энергии. Сильное взаимодействие вызывает термоядерные реакции (например, в недрах Солнца). Оно отвечает за образование ядер и многие взаимодействия частиц. Это внутриядерное взаимодействие.

Теория сильного взаимодействия – квантовая хромодинамика. В квантовой хромодинамике предполагается, что протоны и нейтроны (а так же некоторые другие элементарные частицы) состоят из более мелких частиц с дробным зарядом – кварков. Кварки взаимодействуют друг с другом сильным взаимодействием. Переносчики сильного взаимодействия –глюоны (цветовые заряды). Взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре – это остаточный эффект более мощного взаимодействия кварков.

С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фундаментальных взаимодействий.

Слабое и электромагнитное взаимодействия образуют электрослабое взаимодействие при E > 300 ГэВ.

Модель объединения слабого, электромагнитного и сильного взаимодействий при E > 10¹⁴ ГэВ и на расстояниях м называется«Великое объединение». В 70-90-е годы было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого объединения. В простейшем варианте теории Великого объединения для превращения кварков в лептоны требуется 24 поля, следовательно, 24 частицы. Частицы таких энергий на современных ускорителях пока получить невозможно (максимальная энергия частиц в ускорителях 100 ГэВ). Вся надежда на космологию

Модель объединения всех четырех взаимодействий вместе при E > 10¹⁹ ГэВ (температура К, расстояниям, плотностькг/м³) называют «суперобъединением» или «Супергравитацией». Для создания этой теории возможно понадобится введение новых дополнительных 10, 11 или даже 26 измерений пространства.

4.13

Элементарные частицы.

Элементарные частицы классифицируют по участию в фундаментальных взаимодействиях.

4.14

Лептоны

Лептоны – частицы, которые не могут участвовать в ядерных взаимодействиях.

К лептонам относятся:

1. Электрон е^–, энергия покоя: E₀~0,5 МэВ.

2. Мюон ^–, энергия покоя: E₀~105 МэВ.

3. Тау–лептон ^–, энергия покоя: E₀~1800 МэВ.

4. Нейтрино ⁰.

Лептоны  и  могут претерпевать, например, следующие превращения:

.

В этих реакциях античастицы обозначены поставленной сверху волнистой чертой («тильдой») – например, .

В соответствии с законом сохранения числа нуклонов и лептонов при взаимодействии нейтрино и нейтрона образуются все три известные заряженные лептона:

т. е. в реакцию вступает не одно нейтрино, а три разных нейтрино: электронное , мюонноеи тау-лептонное.

Энергии покоя этих частиц :

Таким образом, нейтрино не могут считаться частицами поля, ибо их масса покоя m₀ не равна нулю.

Унейтрино и антинейтрино разная ориентация спинов по отношению к направлению импульса .

Итак, существуют шесть лептонов: лептоны заряженные: , нейтральные:,,, а также, соответственно, шесть антилептонов.