50. Типи фундаментальних взаємодій. Фундамента́льні взаємоді́ї або Фундаментальні сили — різні типи взаємодії, що не зводяться одна до одної, елементарних частинок і складених з них тіл. На сьогодні достовірно відоме існування чотирьох фундаментальних взаємодій: гравітаційної, електромагнітної, сильної і слабкої взаємодій. Ведуться пошуки інших типів взаємодій, як в явищах мікросвіту, так і на космічних масштабах, проте поки існування якого-небудь іншого типу взаємодії не знайдено. У фізиці причиною зміни руху тіл є сила (див. другий закон Ньютона). Досліджуючи оточуючий нас світ, ми можемо помітити безліч найрізноманітніших сил: сила тяжіння, сила натягу нитки, сила стиснення пружини, сила, що виникає при зіткненні тіл, сила тертя, сила опору повітря, сила вибуху і т.д. Проте як тільки була з'ясована атомарна структура речовини, стало зрозуміло, що вся різноманітність цих сил є результатом взаємодії атомів один з одним. Оскільки атоми взаємодіють в основному через електростатичну взаємодію електронних оболонок, то, як виявилося, всі ці сили — лише різні прояви електромагнітної взаємодії. Єдине виключення — сила тяжіння, причиною якої є гравітаційна взаємодія між двома тілами, що володіють масою. Отже, до початку 20-го століття з'ясувалося, що всі відомі до того моменту сили зводяться до двох фундаментальних взаємодій: електромагнітної і гравітаційної. В 1930-і роки з'ясувалося, що атоми містять всередині себе ядра, які у свою чергу складаються з нуклонів. Ясно, що ні електромагнітні, ні гравітаційні взаємодії не можуть пояснити, що утримує нуклони в ядрі. Було постульовано існування нової фундаментальної взаємодії: сильної взаємодії. Проте надалі виявилося, що і воно здатне пояснити не всі явища в мікросвіті, зокрема, не було зрозуміло, що примушує розпадатися вільний нейтрон. Так було постульовано існування слабкої взаємодії, і як виявилося, цього достатньо для опису всіх взаємодій, що дотепер спостерігалися в мікросвіті.

51. Класифікація та взаємоперетворюваність елементарних частинок. Поняття про кварки.

Класифікація елементарних частинок. Елементарні частинки поєднують у три групи:

— фотони;

— лептони;

— адрони.

Група фотонів містить у собі тільки одну частинку — фотон, який є носієм електромагнітної взаємодії.

Взаємодії елементарних частинок. У мікросвіті здійснюються чотири типи фундаментальних взаємодій. З них тільки дві (гравітаційна і електромагнітна) відповідають процесам макросвіту. Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку. Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок вона не здійснюється. Саме електромагнітна взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам. Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, безнейтринні процеси розпаду частинок з великою тривалістю життя (τ = 10-10 с). Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.

Кварки (від англ. quark - квак, кряк) — фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів кварків: d,u,s,c,b і t.Кварки мають спін 1/2ħ де ħ - зведена стала Планка, та дробовий електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів. Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка - антикварк.

*^* Рух електрона обмежений стінками ящика x=0 і x=l. Потенціальна енергія U=0 при 0xl і перетворюється в безмежність U= при 0>x>l. За границі ящика частинка попасти не може, тому там =0. Але із умови неперервності хвильової функції слідує, що на границях ящика (0)=0 (l)=0 також. Запишемо рівняння Шредінгера із врахуванням того, що -функція залежить тільки від координати x та заданих граничних умов.

*^* Деякі відомості про кристали та інші тверді тіла були викладені в першій частині курсу лекцій. В другій частині була розглянута класична теорія електропровідності та деякі поняття про магнітні властивості твердих тіл на основі класичної фізики, введені поняття анізотропії та сингонії.

34