Partikel interaksi elektromagnetik

Artikel ini akan melihat apa yang disebut kekuatan alam - interaksi elektromagnetik fundamental dan prinsip-prinsip yang dibangun. Ada juga akan diberitahu tentang kemungkinan adanya pendekatan baru untuk mempelajari topik ini. Di sekolah di kelas fisika, siswa dihadapkan dengan penjelasan tentang konsep "kekuatan". Mereka belajar bahwa kekuasaan bisa sangat beragam - gaya gesekan, gaya gravitasi, elastisitas dan kekuatan banyak yang sama. Tidak semua dari mereka bisa disebut fundamental, seperti sangat sering fenomena gaya sekunder (gaya gesekan, misalnya, dengan interaksi molekul). Interaksi elektromagnetik juga dapat menjadi sekunder - sebagai konsekuensinya. Molekul Fisika memberikan contoh Van der Waals. Juga memberikan banyak contoh dan fisika partikel elementer.

Di alam,

Saya ingin mendapatkan esensi dari proses yang terjadi di alam, karena membuat kita bekerja interaksi elektromagnetik. Apa sebenarnya adalah kekuatan fundamental yang menentukan semua dibangun pasukan sekunder? Semua orang tahu bahwa interaksi elektromagnetik, atau, seperti yang disebut, tenaga listrik merupakan hal yang fundamental. Hal ini dibuktikan dengan hukum Coulomb, yang memiliki generalisasi sendiri berasal dari persamaan Maxwell. Baru-baru ini menjelaskan semua kekuatan magnet dan listrik yang terjadi secara alami. Itulah sebabnya terbukti bahwa interaksi medan elektromagnetik - gaya dasar alam. Contoh berikut - gaya gravitasi. Bahkan anak sekolah tahu tentang hukum gravitasi universal Isaaka Nyutona, yang juga baru mendapat generalisasi yang tepat dari persamaan Einstein, dan, menurut teori gravitasi, kekuatan interaksi elektromagnetik adalah fundamental di alam, juga.

Sekali waktu ia percaya bahwa hanya ada dua gaya dasar ini, tetapi ilmu pengetahuan maju, secara bertahap membuktikan bahwa itu tidak begitu. Misalnya, dengan penemuan inti atom kita harus memperkenalkan konsep tenaga nuklir, atau bagaimana memahami prinsip retensi partikel di dalam inti, mengapa mereka tidak terbang ke segala arah. Memahami bagaimana interaksi elektromagnetik di alam, telah membantu mengukur kekuatan nuklir, untuk mempelajari dan menjelaskan. Selanjutnya, bagaimanapun, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa kekuatan nuklir sekunder dan dalam banyak manifestasi seperti Gaya van der Waals. Bahkan, pasukan hanya benar-benar mendasar yang menyediakan quark berinteraksi satu sama lain. Kemudian - efek sekunder - adalah interaksi antara medan elektromagnetik dari proton dan neutron dalam inti. Benar-benar mendasar adalah interaksi quark, gluon dipertukarkan. Dengan demikian ditemukan di alam benar-benar kekuatan fundamental ketiga.

Kelanjutan dari cerita

partikel dasar pembusukan, berat - pada lebih ringan, dan pembusukan mereka menggambarkan kekuatan baru dari interaksi elektromagnetik, yang juga bernama - kekuatan interaksi lemah. Mengapa miskin? Karena gangguan elektromagnetik di alam jauh lebih kuat. Dan lagi, ternyata bahwa teori interaksi lemah, sehingga anggun memulai pada gambar dunia dan awalnya sempurna menggambarkan pembusukan partikel elementer, tidak mencerminkan dalil-dalil yang sama, jika energi meningkat. Itulah sebabnya teori lama telah didesain ulang untuk yang lain - teori interaksi lemah, kali ini terbukti menjadi universal. Meskipun dibangun itu pada prinsip yang sama sebagai sisa dari teori yang menjelaskan interaksi elektromagnetik partikel. Di zaman modern, ada empat interaksi belajar dan terbukti fundamental, dan kelima - di jalan, tentang dia itu akan datang. Semua empat - gravitasi, kuat, lemah, elektromagnetik - yang dibangun di atas prinsip tunggal: gaya yang dihasilkan antara partikel adalah hasil dari berbagi Diimplementasikan operator, atau sebaliknya - menengahi interaksi.

Apa jenis asisten? foton ini - tanpa massa partikel, namun demikian berhasil membangun interferensi elektromagnetik karena untuk bertukar kuantum gelombang elektromagnetik atau kuantum cahaya. Interaksi elektromagnetik dilakukan oleh foton di bidang partikel bermuatan, yang berkomunikasi dengan kekuatan tertentu, seperti waktu dan memperlakukan hukum Coulomb. Ada satu bermassa partikel - gluon, ia memiliki delapan varietas, membantu berkomunikasi quark. Interaksi elektromagnetik ini merupakan daya tarik antara biaya, dan dikatakan untuk menjadi kuat. Ya, dan interaksi lemah bukan tanpa perantara, dengan yang baja partikel dengan massa lebih dari itu, mereka besar, yaitu berat. Ini antara boson vektor. berat badan mereka dan berat adalah karena lemahnya interaksi. Gravity adalah pertukaran kekuatan medan gravitasi kuantum. Ini adalah daya tarik dari interaksi elektromagnetik partikel, itu masih belum cukup dipelajari, bahkan graviton eksperimental belum terdeteksi, dan gravitasi kuantum kita tidak cukup di sana, dan hanya karena kita harus menggambarkannya belum bisa.

angkatan kelima

Kami dianggap empat jenis interaksi fundamental: kuat, lemah, elektromagnetik, gravitasi. Interaksi - adalah tindakan pertukaran partikel, dan tidak tahu simetri tidak dapat dilakukan, karena tidak ada interaksi yang tidak terkait dengan itu. Hal ini menentukan jumlah partikel dan massa mereka. Dengan simetri yang tepat dari massa selalu nol. Jadi, foton dan massa gluon tidak, itu adalah sama dengan nol, graviton - terlalu. Jika simetri rusak, massa berhenti menjadi nol. Dengan demikian, bison vektor menengah memiliki massa, karena simetri rusak. Keempat interaksi fundamental menjelaskan segala sesuatu yang kita lihat dan rasakan. Pasukan yang tersisa mengatakan bahwa kopling elektromagnetik mereka adalah sekunder. Namun, pada tahun 2012 ada terobosan dalam ilmu pengetahuan dan ditemukan partikel lain, pernah membuat terkenal. Sebuah revolusi dalam dunia ilmiah telah menyelenggarakan pembukaan Higgs boson, yang, ternyata, juga berfungsi sebagai pembawa interaksi antara quark dan lepton.

Itulah sebabnya para ilmuwan-fisikawan sekarang mengatakan bahwa ada sebuah kekuatan kelima, perantara yang ternyata menjadi Higgs boson. Simetri rusak di sini: dari Higgs boson memiliki massa. Dengan demikian jumlah interaksi (kata dalam fisika partikel modern diganti dengan kata "kekuatan") telah mencapai lima. Mungkin kita sedang menunggu penemuan-penemuan baru, karena kita tidak tahu persis apakah ada bahkan terlepas dari interaksi ini. Hal ini sangat mungkin bahwa kita telah membangun, dan hari ini model ini, akan terlihat sempurna menjelaskan semua fenomena yang diamati di dunia, dan tidak cukup lengkap. Dan mungkin, setelah beberapa waktu akan ada interaksi baru dan kekuatan baru. Probabilitas tersebut ada setidaknya karena kita secara bertahap belajar bahwa ada saat ini dikenal interaksi fundamental - yang kuat, lemah, elektromagnetik, gravitasi. Setelah semua, jika ada dalam sifat partikel supersymmetric, yang dibahas dalam dunia ilmiah, itu berarti keberadaan simetri baru, dan simetri selalu melibatkan munculnya partikel baru yang memediasi antara mereka. Dengan demikian, kita mendengar dari kekuatan fundamental yang sebelumnya tidak diketahui, seperti pernah terkejut mengetahui bahwa ada, misalnya, elektromagnetik, interaksi lemah. Pengetahuan tentang alam kita sendiri sangat tidak lengkap.

interkonektivitas

Hal yang paling menarik adalah bahwa setiap interaksi baru harus selalu menyebabkan fenomena benar-benar tidak diketahui. Sebagai contoh, jika kita tidak belajar tentang interaksi lemah, kita akan pernah menemukan keruntuhan, dan jika itu tidak dalam pengetahuan kita tentang pembusukan, tidak ada studi reaksi nuklir tidak mungkin. Dan jika kita tidak menyadari reaksi nuklir, tidak akan mengerti bagaimana matahari bersinar pada kami. Setelah semua, jika tidak bersinar, dan kehidupan di Bumi tidak akan terbentuk. Sehingga kehadiran interaksi menunjukkan bahwa itu adalah sangat penting. Jika interaksi yang kuat tidak ada, dan inti atom tidak akan stabil. Karena interaksi elektromagnetik Bumi menerima energi dari matahari, dan sinar cahaya yang datang dari dia, menghangatkan planet ini. Dan semua interaksi yang dikenal sangat penting. Berikut Higgs, misalnya. Higgs boson memberikan massa partikel dengan berinteraksi dengan lapangan, kita tanpa itu tidak akan selamat. Dan bagaimana, tanpa interaksi gravitasi untuk tinggal di permukaan planet? Mustahil tidak hanya bagi kami, tapi tidak ada sama sekali.

Benar-benar semua interaksi, bahkan mereka yang kita belum tahu, adalah suatu keharusan untuk segala sesuatu yang manusia tahu, mengerti dan mencintai ada. Apa yang bisa kita ketahui? Ya, banyak. Sebagai contoh, kita tahu bahwa proton stabil dalam nukleus. Sangat, sangat penting bagi kami, ini stabilitas, jika tidak dengan cara yang sama tidak akan ada kehidupan. Namun, eksperimen menunjukkan bahwa proton hidup - nilai waktu yang terbatas. Panjang, tentu saja, 10 ³⁴ tahun. Tapi itu berarti bahwa cepat atau lambat berantakan, dan proton, dan ini akan membutuhkan beberapa kekuatan baru, yaitu interaksi baru. Melawan kerusakan proton sudah ada teori yang diasumsikan baru, tingkat jauh lebih tinggi dari simetri, oleh karena itu, interaksi baru mungkin ada yang kita tidak tahu apa-apa.

Grand unifikasi

Kesatuan alam adalah satu-satunya prinsip pembangunan semua interaksi fundamental. Banyak pertanyaan muncul dalam kaitannya dengan jumlah mereka dan menjelaskan alasan-alasan kuantitas tertentu. Versi dibangun di sini banyak sekali, dan mereka sangat berbeda dalam kesimpulan yang dicapai. Menjelaskan kehadiran hanya seperti sejumlah interaksi fundamental dalam semua cara yang mungkin, tetapi mereka adalah prinsip tunggal membangun bukti. Selalu jenis yang paling berbeda dari interaksi, peneliti mencoba untuk bergabung menjadi satu. Oleh karena itu teori dan teori-teori tersebut disebut Grand Bersatu. Seperti jika cabang-cabang pohon dunia: pluralitas cabang, dan batang selalu sama.

Itu karena ada semua teori-teori ini menyatukan ide. Akar dari semua interaksi yang dikenal dari satu makan batang, yang disebabkan oleh hilangnya simetri mulai cabang keluar dan membentuk berbagai interaksi fundamental, yang kita dapat mengamati secara eksperimental. hipotesis ini tidak dapat diverifikasi namun, karena memerlukan fisika energi yang sangat tinggi, eksperimen tidak dapat diakses hari ini. Hal ini sangat mungkin, dan ini adalah pilihan yang kita miliki tidak pernah tidak dalam kepemilikan energi ini. Tapi rintangan ini sangat mungkin.

selain

Kami memiliki alam semesta, pedal gas alam, dan semua proses yang terjadi di dalamnya, memungkinkan untuk memeriksa bahkan hipotesis paling berani tentang akar umum dari semua interaksi dikenal. Tugas lain yang menarik dari memahami interaksi di alam mungkin bahkan lebih kompleks. Hal ini diperlukan untuk memahami bagaimana berhubungan gravitasi dengan kekuatan alam lainnya. Ini adalah interaksi dasar berdiri sebagai secara terpisah, meskipun fakta bahwa sesuai dengan prinsip pembangunan teori ini mirip dengan semua yang lain.

Einstein belajar teori gravitasi, mencoba untuk menghubungkannya dengan elektromagnetisme. Meskipun kenyataannya tampak untuk memecahkan masalah ini, maka teori masih belum terjadi. Sekarang umat manusia tahu sedikit lebih, setidaknya kita tahu tentang interaksi kuat dan lemah. Dan jika sekarang pembangunan lengkap teori terpadu, itu pasti mempengaruhi lagi kurangnya pengetahuan. Sampai sekarang gagal untuk menempatkan gravitasi setara dengan interaksi lainnya, karena semua mematuhi hukum didikte oleh fisika kuantum dan gravitasi - tidak ada. Menurut teori kuantum, semua partikel adalah kuanta bidang tertentu. Tapi gravitasi kuantum tidak ada, setidaknya belum. Namun, jumlah interaksi sudah ditemukan mengulangi keras tentang apa yang tidak dapat apapun skema tunggal.

medan listrik

Kembali pada tahun 1860 besar abad kesembilan belas fisikawan James Clerk Maxwell berhasil menciptakan teori untuk menjelaskan induksi elektromagnetik. Ketika perubahan medan magnet di titik tertentu dalam ruang medan listrik. Jika bidang ini ditemukan konduktor tertutup, arus induksi mengalir di bidang listrik. teorinya tentang medan elektromagnetik Maxwell membuktikan bahwa proses sebaliknya kemungkinan: jika perubahan waktu medan listrik di suatu titik tertentu dalam ruang akan dibutuhkan medan magnet. Jadi perubahan dapat menyebabkan medan listrik yang bervariasi, dan dapat memperoleh perubahan dalam medan magnet listrik bolak-balik dalam waktu medan magnet. Variabel-variabel ini, menghasilkan masing-masing bidang lain yang diselenggarakan oleh medan terpadu - elektromagnetik.

Hasil yang paling penting yang mengikuti dari formula teori Maxwell - prediksi bahwa ada gelombang elektromagnetik, yaitu menyebarkan medan elektromagnetik dalam ruang dan waktu. Sumber medan elektromagnetik yang bergerak dengan biaya percepatan listrik. Tidak seperti akustik (elastis) gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam bahan apapun, bahkan dalam kondisi vakum. interferensi elektromagnetik dalam vakum merambat dengan kecepatan cahaya (c = 299 792 kilometer per detik). Panjang gelombang mungkin berbeda. gelombang elektromagnetik dari sepuluh ribu meter ke 0.005 meter - ini adalah gelombang radio yang digunakan untuk mengirimkan informasi kepada kami, itu adalah sinyal untuk jarak tertentu tanpa kabel. gelombang radio dibuat pada saat frekuensi tinggi yang mengalir di antena.

Apa gelombang

Jika panjang dari radiasi elektromagnetik berkisar dari 0,005 mikrometer ke 1 meter, yaitu orang-orang yang berada di kisaran antara terlihat gelombang cahaya dan radio - radiasi inframerah. memancarkan semua badan nya dipanaskan: baterai, kompor, lampu pijar. perangkat khusus mengkonversi radiasi inframerah menjadi cahaya tampak, untuk mendapatkan gambar dari objek yang memancarkan itu, bahkan dalam kegelapan mutlak. cahaya tampak memancarkan panjang gelombang 770-380 nanometer - warna berubah dari merah ke ungu. Bagian dari spektrum memiliki bagi kehidupan manusia sangat penting, karena sebagian besar informasi tentang dunia yang kita terima melalui visi.

Jika radiasi elektromagnetik memiliki panjang gelombang kurang dari warna ungu adalah sinar ultraviolet yang membunuh bakteri. sinar-X tidak terlihat mata. Mereka hampir tidak menyerap cahaya tampak lapisan buram bahan. X-ray didiagnosis penyakit organ manusia dan hewan. Jika radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh interaksi partikel dasar dan dipancarkan oleh inti bersemangat diperoleh oleh radiasi gamma. Ini adalah rentang yang paling luas dalam spektrum elektromagnetik karena tidak terbatas pada energi tinggi. radiasi gamma dapat lunak dan keras: transisi energi dalam inti atom - lembut, dan dalam reaksi nuklir - yang kaku. sinar ini dengan mudah menarik molekul dan fitur biologis. kebahagiaan besar yang dalam suasana sinar gamma tidak bisa melalui. Mengamati sinar gamma dari ruang angkasa bisa. Pada energi yang sangat tinggi interaksi elektromagnetik merambat pada kecepatan dekat dengan cahaya: atom quanta naksir inti gamma, melanggar mereka ke partikel, hamburan dalam arah yang berbeda. Saat pengereman, mereka memancarkan cahaya, terlihat di teleskop khusus.

Dari masa lalu - masa depan

gelombang elektromagnetik, seperti yang telah dikatakan, diprediksi oleh Maxwell. Dia hati-hati dipelajari dan mencoba untuk percaya pada matematika gambar sedikit naif Faraday, di mana fenomena magnetik dan listrik yang digambarkan. Itu Maxwell menemukan kurangnya simetri. Dan bahwa ia mampu membuktikan sejumlah persamaan yang bolak medan listrik menghasilkan magnet dan sebaliknya. Hal ini menyebabkan dia percaya bahwa bidang tersebut dan melepaskan diri dari konduktor bergerak melalui ruang hampa dengan beberapa kecepatan raksasa. Dan dia pikir itu. Kecepatan dekat dengan trohstam ribuan kilometer per detik.

Itu teori interaksi dan eksperimen. Contohnya adalah pembukaan melalui mana kita belajar tentang keberadaan gelombang elektromagnetik. Dalam itu datang bersama-sama dengan bantuan fisika konsep benar-benar heterogen - magnet dan listrik, karena merupakan fenomena fisik urutan yang sama, hanya sisi yang berbeda itu berada dalam komunikasi. Teori disusun satu di belakang yang lain, dan semua dari mereka adalah terkait erat satu sama lain: teori interaksi elektrolemah, misalnya, di mana posisi yang sama dijelaskan oleh gaya lemah nuklir dan elektromagnetik, dll Semua ini menggabungkan kromodinamika kuantum, meliputi interaksi kuat dan elektrolemah (di sini, akurasi sementara lebih rendah tetapi operasi terus). Intensif dipelajari daerah fisikawan seperti gravitasi kuantum dan teori string.

temuan

Ternyata ruang sekitarnya kita benar-benar meresap dengan radiasi elektromagnetik: bintang-bintang dan matahari, bulan dan benda langit lainnya, itu adalah bumi itu sendiri, dan setiap ponsel di tangan manusia, dan stasiun antena - semua ini memancarkan gelombang elektromagnetik dari nama yang berbeda . Tergantung pada frekuensi osilasi, yang memancarkan objek berbeda inframerah, radio, cahaya tampak, sinar bio-bidang, sinar-X dan sejenisnya.

Ketika medan elektromagnetik didistribusikan, menjadi gelombang elektromagnetik. Ini hanyalah sumber habis-habisnya energi, bergetar muatan listrik dari molekul dan atom. Dan jika tuduhan itu berosilasi, gerakannya dipercepat, dan karena itu memancarkan gelombang elektromagnetik. Jika perubahan medan magnet, lapangan gembira dengan pusaran listrik yang, pada gilirannya, menggairahkan bidang pusaran magnet. Proses ini berjalan melalui ruang, merangkul satu titik demi satu.