Файл: l_15.pdf

Константы

Константы

взаимодействия

взаимодействия

?

?

Оказалось

, 

что

значения

констант

зависят

от

масштаба

относительных

расстояний

, 

на

которых

происходят

взаимодействия

. 

Константы

е

α

и

w

α

в

широкой

области

энергий

имеют

значения

: 

1

0.0073

137

0.032

e

w

α
α

=

=

=

Константа

сильного

взаимодействия

s

α

в

области

расстояний

  (

≈

1 

Фм

) 

имеет

порядок

единицы

. 

Эта

особенность

сильного

взаимодействия

получила

специальное

название

непертурбативного

режима

сильного

взаимодействия

. 

С

уменьшением

относительных

расстояний

константа

сильного

взаимодействия

заметно

уменьшается

. 

На

расстояниях

масштаба

 0.1 

и

 0.001 

Фм

эта

константа

имеет

соответственно

следующие

значения

(1

) 1 2

(0.1

) 0.31

(0.001

) 0.105

s

s

s

Фм

Фм

Фм

α
α
α

≈ −

≈

≈

Объединение взаимодействий

Современные

идеи

объединения

различных

взаимодействий

берут

начало

от

работ

Ньютона

. 

Ньютон

открыл

простой

закон

, 

согласно

которому

сила

взаимодействия

между

двумя

массивными

телами

пропорциональна

их

массам

  m

1

 ,  m

2

и

обратно

пропорциональна

квадрату

расстояния

r 

между

ними

: 

1

2

2

m m

F G

r

=

, 

G

−

гравитационная

постоянная

Ньютона

.  

С

помощью

этого

закона

Ньютон сумел

рассчитать

как

закономерности

падения

тел

, 

согласующиеся

с

наблюдениями

Галилея

, 

так

и

закономерности

движения

планет

, 

ранее

установленные

Кеплером

. 

С

помощью

одного

закона

впервые

удалось

описать

явления

земных

и

космических

масштабов

. 

Следующий

шаг

в

объединении

взаимодействий

был

сделан

Максвеллом

,

который

показал

, 

что

электричество

, 

магнетизм

и

свет

можно

описать

системой

дифференциальных

уравнений

, 

которые

носят

его

имя

.  

В

картине

объединения

взаимодействий

различают

три

порога

.  

Первый

 – 100 

ГэВ

 – 

это

порог

электрослабого

взаимодействия

, 

который

соответствует

массе

 W-, Z-

бозонов

. 

При

этих

энергиях

происходит

объединение

электромагнитного

и

слабого

взаимодействий

.  

Второй

 — ~10

15

ГэВ

. 

Это

характерная

величина

энергии

, 

при

которой

происходит

объединение

сильного

и

электрослабого

взаимодействий

.

Такой

массой

должны

обладать

 X- 

и

 Y-

бозоны

, 

обеспечивающие

симметрию

кварков

и

лептонов

. X- 

и

 Y-

бозоны

могут

превращать

кварки

в

лептоны

и

лептоны

 – 

в

кварки

.  

Третий

 — ~ 10

19

ГэВ

— 

это

энергия Планка

. 

При

этих

энергиях

в

единое

взаимодействие

объединяются

все

известные

взаимодействия

, 

включая

гравитационное

. 

Астрономия

Электричество

Механика

Магнетизм

Слабое

взаимодействие

Сильное

взаимодействие

Гравитационное

взамодействие

Электромагнитное

взамодействие

Электрослабое

взаимодействие

Великое

объединение

Атомы

Атомы

-

-

Молекулы

Молекулы

Электромагнитное поле атома сосредоточено в области
пространства размером

10

−

8

см

. 

Для наблюдателя

, 

находящегося

на

большом

расстоянии

, 

атом

представляется

нейтральной

системой

, 

так

как

положительный заряд ядра полностью компенсируется
отрицательным зарядом электронной оболочки

. 

При

образовании молекулы прочно связанные внутренние
оболочки

атомов

практически

не

изменяются

. 

Химические

и

физические

свойства

молекул

определяются

относительно

слабо

связанными

электронами внешней оболочки

. 

Силы

, 

связывающие

атомы в молекулы

, 

имеют электромагнитную природу

. 

Однако это лишь слабый

«

отголосок

»

сил

, 

связывающих

электроны и атомное ядро

.

Молекулы

Молекулы

Кварки

Кварки

–

–

Адроны

Адроны

–

–

Ядра

Ядра

Расстояние

, 

на

котором

проявляется

цветное

взаимодействие

≈

1

Фм

–

характерный размер адрона

. 

Цветные взаимодействия кварков и глюонов формируют
адрон

. 

Точно так же

, 

как атом

, 

состоящий из заряженных

частиц

, 

является

электрически

нейтральным

образованием

, 

адрон

, 

состоящий из цветных объектов

, 

является бесцветным объектом

. 

Цвет проявляется

только на расстоянии

<

10

-13

см

.

Бесцветные адроны связаны друг с другом ядерными
силами

, 

которые являются аналогом сил связывающих

нейтральные атомы в молекулы

. 

Ядерные силы

–

это

слабый

«

отголосок

»

сильного взаимодействия между

цветными кварками в адроне

. 

Атомные

Атомные

ядра

ядра

Эволюция массивной звезды

25

M

M

>

В

процессе

горения

звезды

в

её

центре

последовательно

истощаются

запасы

водорода

, 

гелия

, 

кислорода

, 

неона

, 

кремния

. 

Термоядерные

реакции постепенно захватывают периферию звезды

, 

приводя к расширению её оболочки

. 

Если на

начальной стадии звезда имела однородный состав

, 

то теперь она имеет слоистую структуру

. 

В центре

массивной звезды содержатся элементы группы
железа

, 

никеля

, 

а на периферии

–

более лёгкие

элементы

. 

Внешняя оболочка состоит из водорода

.