ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.02.2021
Просмотров: 1931
Скачиваний: 1
Объединение
Объединение
взаимодействий
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
взаимодействие
Электромагнитное
взаимодействие
Электрослабое
взаимодействие
Великое
объединение
Объединение
Объединение
взаимодействий
взаимодействий
Астрономия
Электричество
Механика
Магнетизм
Слабое
взаимодействие
Сильное
взаимодействие
Гравитационное
взаимодействие
Электромагнитное
взаимодействие
Электрослабое
взаимодействие
Великое
объединение
Одной
из
важных
особенностей
физики
элементарных
частиц
на
начальном
этапе
было
различие
между
различными
типами
взаимодействий
.
Оказалось
,
что
существует
всего
четыре
типа
фундаментальных
взаимодействий
:
сильное
,
электромагнитное
,
слабое
и
гравитационное
.
Интенсивность
различных
взаимодействий
при
энергиях
порядка
нескольких
МэВ
характеризуется
следующими
константами
:
•
константа
сильного
взаимодействия
~ 1
s
α
,
•
константа
электромагнитного
взаимодействия
2
~ 10
e
α
−
,
•
константа
слабого
взаимодействия
~ 0,032
W
α
,
•
константа
гравитационного
взаимодействия
38
~ 10
G
α
−
.
Объединение
Объединение
взаимодействий
взаимодействий
В
основе
идеи
объединения
различных
взаимодействий
лежит
зависимость
констант
слабого
электромагнитного
и
сильного
взаимодействий
от
расстояния
.
Из
рисунка
видно
,
как
появляется
такая
зависимость
.
Механизм
экранировки
электрического
заряда
Экранировка
электрического
заряда
На
рисунке
показан
механизм
экранировки
электрического
заряда
электрона
.
Причина
экранировки
состоит
в
следующем
:
электрон
может
испускать
виртуальные
фотоны
,
которые
в
свою
очередь
могут
превращаться
в
электрон
-
позитронные
пары
e e
+ −
,
пару
μ μ
+
−
,
пару
мезонов
π π
+
−
,
K K
+
−
и
т
.
д
.
В
результате
взаимодействия
отрицательно
заряженного
электрона
с
виртуально
образующимися
парами
частиц
происходит
их
поляризация
(
поляризация
вакуума
).
Притяжение
между
противоположно
заряженными
частицами
приводит
к
экранировке
отрицательного
заряда
исходного
электрона
положительно
заряженными
e
+
,
μ
+
,
π
+
-
мезонами
,
располагающимися
преимущественно
ближе
к
электрону
.
Объединение
Объединение
взаимодействий
взаимодействий
Поэтому
,
при
приближении
пробного
заряда
к
электрону
,
он
будет
чувствовать
распределение
поля
виртуальных
частиц
.
Т
.
е
.
величина
измеренного
заряда
будет
зависеть
от
расстояния
между
пробной
частицей
и
электроном
.
Это
называется
в
квантовой
электродинамике
экранировкой
электрического
заряда
.
Теоретические
расчеты
показывают
,
что
с
уменьшением
расстояния
величина
наблюдаемого
заряда
растет
,
что
и
приводит
к
увеличению
константы
электромагнитного
взаимодействия
.
Аналогичную
ситуацию
можно
ожидать
и
в
квантовой
хромодинамике
(
КХД
).
Цветовой
заряд
кварка
будет
экранироваться
.
При
экранировке
цветового
заряда
кварка
в
хромодинамике
вокруг
цветного
кварка
образуется
поле
виртуальных
глюонов
и
кварк
-
антикварковых
пар
.
Однако
в
квантовой
хромодинамике
в
распределении
цветового
поля
имеются
существенные
отличия
.
Т
.
к
.
глюоны
имеют
цветовой
заряд
,
они
взаимодействуют
не
только
с
кварками
,
но
и
с
друг
другом
,
что
существенно
меняет
распределение
цветового
заряда
вокруг
кварка
.
Цветной
кварк
оказывается
окружен
преимущественно
зарядами
того
же
цвета
.
Поэтому
,
например
,
при
приближении
пробного
цветового
заряда
к
красному
кварку
он
проникает
внутрь
облака
красного
цвета
и
,
следовательно
,
величина
измеренного
красного
заряда
уменьшается
—
наблюдается
эффект
антиэкранировки
.
Т
.
е
.
при
уменьшении
расстояния
между
цветными
кварками
величина
взаимодействия
уменьшается
.
Это
явление
называется
асимптотической
свободой
кварков
в
адроне
на
малых
расстояниях
.
Объединение
взаимодействий