Сильна взаємодія
Сильна взаємодія є відповідальною за стійкість атомних ядер. Оскільки атомні ядра більшості хімічних елементів стабільні, то ясно, що взаємодія, яка утримує їхню відмінність від розпаду, має бути досить сильною. Добре відомо, що ядра складаються з протонів та нейтронів. Щоб позитивно заряджені протони не розлетілися в різні боки, потрібна наявність сил тяжіння між ними, що перевершують сили електростатичного відштовхування. Саме сильна взаємодія є відповідальною за ці сили тяжіння.
Характерною рисою сильної взаємодії є його зарядова незалежність. Ядерні сили тяжіння між протонами, між нейтронами та між протоном і нейтроном по суті однакові. Звідси випливає, що з погляду сильних взаємодій протон і нейтрон не відрізняються, і для них використовується єдиний термін нуклон, тобто частка ядра.
Характерний масштаб сильної взаємодії можна проілюструвати розглянувши два нуклони, що покояться. Теорія призводить до потенційної енергії їхньої взаємодії у вигляді потенціалу Юкави.
Співвідношення показує, що сильна взаємодія є короткодіючим і по суті повністю зосереджено на відстанях, що не перевищують характерний розмір ядра. Відомим макроскопічним проявом сильної взаємодії є ефект α-радіоактивності. Слід, проте, пам'ятати, що потенціал Юкави перестав бути універсальним властивістю сильного взаємодії і пов'язані з його фундаментальними аспектами.
В даний час існує квантова теорія сильної взаємодії, що отримала назву квантової хромодинаміки. Відповідно до цієї теорії, переносниками сильноговзаємодії є елементарні частки – глюони. За сучасними уявленнями частинки, що беруть участь у сильній взаємодії та звані адронами, складаються з елементарних частинок – кварків.
Кварки являють собою ферміони зі спином 1/2 та ненульовою масою. Найбільш дивовижною властивістю кварків є їхній дробовий електричний заряд. Кварки формуються в три пари (три покоління дублетів), що позначаються так:
Кожен тип кварку прийнято називати ароматом, тому існують шість кваркових ароматів. При цьомуu-, c-, t-кварки мають електричний заряд,а d-, s-, b-кварки - електричний заряд, деe- заряд електрона. Крім того, існують три кварки даного аромату. Вони відрізняються квантовим числом, що називається кольором і приймає три значення: жовтий, синій, червоний. Кожному кварку відповідає антикварк, що має щодо даного кварку протилежний електричний заряд і так званий антицвіт: антижовтий, антисиній, античервоний. Зважаючи на кількість ароматів і квітів, ми бачимо, що всього існують 36 кварків та антикварків.
Кварки взаємодіють один з одним за допомогою обміну вісьмома глюонами, які є безмасовими бозонами зі спином 1. У процесі взаємодії кольору кварків можуть змінюватися. При цьому сильна взаємодія умовно зображується наступним чином: кварк, що входить до складу адрону, випускає глюон, через що стан руху адрону змінюється. Цей глюон поглинається кварком, що входить до складу іншого адрону, та змінює стан його руху. Через війну виникає взаємодія адронів друг на друга.
Природа влаштована так, що взаємодія кварків завжди веде до утворення безбарвних пов'язаних станів, які є адронами.Наприклад, протон і нейтрон складені із трьох кварків:p = uud,n = udd. Півоніяp- складений з кваркуuта антикварка. Відмінна риса кварк-кваркової взаємодії через глюони полягає в тому, що зі зменшенням відстані між кварками їхня взаємодія послаблюється. Це явище отримало назву асимптотичної свободи і веде до того, що всередині адронів кварки можна розглядати як вільні частки. Асимптотична свобода природно випливає із квантової хромодинаміки. Є експериментальні та теоретичні вказівки на те, що зі зростанням відстані взаємодія між кварками має зростати, внаслідок чого кваркам енергетично вигідно перебувати всередині адрону. Це означає, що ми можемо спостерігати лише безбарвні об'єкти – адрони. Поодинокі кварки і глюони, що мають колір, не можуть існувати у вільному стані. Явище утримання елементарних частинок, що мають колір, всередині адронів отримало назву конфайнменту. Для пояснення конфайнменту пропонувалися різні моделі, проте послідовний опис, що з перших принципів теорії, досі не побудовано. З якісної погляду проблеми пов'язані з тим, що, володіючи кольором, глюони взаємодіють із усіма кольоровими об'єктами, зокрема і друг з одним. З цієї причини квантова хромодинаміка є суттєво нелінійною теорією і наближені методи дослідження, прийняті в квантовій електродинаміці та електрослабкій теорії, виявляються не цілком адекватними в теорії сильних взаємодій.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: