Частицы. Сильное взаимодействие

Известно, что для того, чтобы любой материальный предмет изменил свое движение, к нему извне должен быть приложен вектор силы. В повседневной жизни каждый из нас сталкивается с огромным количеством различных сил: например, благодаря силам трения и тяжести мы можем передвигаться по поверхности планеты и пр. Как было доказано, несмотря на кажущееся разнообразие, в основе всех этих сил лежат межатомные явления.

Видео: Сильное взаимодействие

Виды взаимодействия

Поднимем руки и хлопнем в ладоши. Что происходит при этом? Очевидно: возникает звук хлопка. Но это верно только отчасти, так как подобное объяснение не учитывает атомарную структуру вещества и процессы, происходящие в микромире. Действительно, можно описать силу удара и увидеть последствие в виде покраснения ладоней, но это очевидные проявления привычного нам макромира. На самом деле непосредственного соприкосновения поверхностей ладоней не произошло. Так как одноименно заряженные частицы отталкиваются, то находящиеся вокруг ядер атомов электронные оболочки просто оттолкнулись друг от друга. Это один из примеров взаимодействия, в основе которого лежат электромагнитные силы.

Видео: Гравитационное взаимодействие с волной

А вот гравитационное взаимодействие, регистрируемое между объектами с большой массой (планеты и пр.), формирует силу тяжести. В настоящее время считается, что перенос энергии при этом осуществляется гравитонами.

Пожалуй, одним из наиболее интересных является сильное взаимодействие. Само название указывает на колоссальные энергии, принимающие участие в процессах. Иногда можно встретить термин «квантовая хромодинамика» - это второе название для теории, в рамках которой рассматривается сильное взаимодействие.

Новая сила

Согласно упрощенной модели атома, в его центре находится массивное ядро, вокруг которого по своим орбитам вращаются электроны. Обычно школьный курс физики именно так все объясняет, с помощью планетарной модели. Ядро включает в себя нейтроны и протоны, масса каждой такой частицы в тысячи раз превышает «вес» электрона. При известных значениях зарядов и массы была предпринята попытка объяснить существование атомных ядер (нейтрон – нет заряда, протон – положительный) с помощью электромагнитных и гравитационных сил, однако это оказалось невозможно. Было очевидно, что есть еще какая-то сила. Впоследствии было открыто сильное взаимодействие как одно из ее проявлений.

Пожалуй, стоит указать, что подразумевают под термином «нуклон». Так как ядро атома состоит из двух видов частиц, связь между которыми осуществляет сильное взаимодействие, то было решено как протоны, так и нейтроны называть одинаково – нуклонами. Очевидное на первый взгляд различие нейтронов и протонов – в электрическом заряде, перестало указываться, уступив место определению «различные состояния нуклона».

Как при описании электрического заряда их подразделяют на сильный и слабый, точно так же происходит и в отношении видов взаимодействий. Воздействие таких зарядов проявляется не только в макро- но и в микромире, между самими частицами. Например, сильное взаимодействие, а значит, сильный заряд присущ нуклонам. А вот для электрона, по аналогии, характерен слабый заряд и слабое взаимодействие. Оно проявляется между всеми частицами, хотя и не столь очевидно, как другие виды взаимодействий.

Видео: Электромагнитное взаимодействие двух протонов

Четыре основы

На данный момент все известные проявления материального мира можно объяснить с помощью четырех типов взаимодействия – электромагнитного, слабого, сильного и гравитационного. Некоторые из них изучены достаточно хорошо, а другие же – лишь доказываются практическими экспериментами и наблюдениями. Не исключено, что в скором времени будет открыто что-то совершенно новое, поэтому «ставить точку» в поисках взаимодействий еще рано.