4.12. Понятие и типы взаимодействий элементарных частиц

Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное, или ядерное, взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований.

Электромагнитное взаимодействие характеризуется как взаимодействие, в основе которого лежит связь с электромагнитным полем.

Слабое взаимодействие - наиболее медленное из всех взаимодействий, происходящих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино или антинейтрино (например, -распад,-распад), а также за безнейтринные процессы распада, характеризующиеся довольно большим временем жизни распадающейся частицы(10 с).

Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и, по-видимому, в процессах микромира несущественно.

Гравитационное взаимодействие заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения.

Связь, взаимодействие и движение представляют собой важные атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. Взаимодействие обуславливает объединение различных материальных элементов в системы, системную организацию материи. Все свойства тел производны от их взаимодействий, являются результатом их структурных связей и внешних взаимодействий между собой.

Заветная мечта всех физиков - выявить универсальность всех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории. В настоящее время уже создана теория электрослабых взаимодействий, объединяющая слабое и электромагнитное взаимодействие (Вайнберг-Глэшоу-Салам, разработанная в 1967 г. и удостоенная Нобелевской премии в 1979 г.). Сегодня на очереди стоит проблема - включить в эту теорию и сильное взаимодействие. Первые варианты теории электроядерных взаимодействий уже есть.

Их называют «Великим объединением». В это объединение пока не удалось включить теорию тяготения, но физики надеются, что «сверхвеликое объединение» - дело будущего.

Элементарные частицы принято делить на три группы: фотоны, леп-тоны и адроны. Общее количество известных частиц и античастиц составляет несколько сотен. Для всех типов взаимодействия элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.

Элементарными называются такие частицы, которые способны к взаимным превращениям, но по своему внутреннему строению не являются простым объединением других известных нам частиц.

Из такого понимания элементарности частиц следует, что все эле­ментарные частицы состоят из чего-то единого, из какой-то первоматерии. Дискретна или непрерывна эта первоматерия, как ее свойствами можно объяснить известные свойства элементарных частиц - на эти вопросы должна ответить наука будущего.

Учитывая то, что процесс познания законов природы по времени относительный можно сказать, что на конец 2000 года в проблеме элементарных частиц достигнуты определенные результаты.

В настоящее время теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что в основе всего Мироздания лежат 12 основных частиц и 4 переносчика взаимодействий. Это открытие положило фундамент под так называемую стандартную модель - чрезвычайно удачное сооружение из формул. С помощью немногих уравнений удалось объяснить все известные феномены физики элементарных частиц и систематизировать мир частиц, хотя ускорители в экспериментах рождали подчас их слишком много и «элементарными» их продолжаем называть только по традиции.

Стандартная модель частиц состоит из 6 кварков (верхний - И, очарованный - С, истинный - Т, нижний - d, странный - S, красивый - Б) и 6 лептонов (электрон - е, мюон -, таон -, электронное нейтрино — V_е, мюонное нейтрино V и тао-нейтрино — V), a соединяют их переносчики взаимодействий: электромагнитного -фотоны, сильного — g глюоны, слабое взаимодействие между частицами осуществляют так называемые W и Z бозоны. Гравитационное взаимодействие в процессах микромира практически не участвует ввиду малой величины. Когда-то на ранних стадиях существования Вселенной все они были слиты в одно универсальное взаимодействие. Стандартная модель с общих позиций описывает все три взаимодействия — сильное, слабое и электромагнитное. Сегодня нет ни одного эксперимента, который бы прямо противоречил стандартной модели. Итак, «истинно элементарными», бесструктурными сегодня считаются шестнадцать частиц.