Сильное взаимодействие.

Необходимость введения понятия сильных взаимодействий возникла в 1930–х годах когда стало ясно, что известные гравитационное и электромагнитное взаимодействия не могут объяснить связь нуклонов в ядре. Это взаимодействие является короткодействующим (r ~ 10^-13 см.), то есть проявляется в масштабах порядка размеров атомного ядра и менее, отвечая за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами в ядрах. На этих расстояниях оно в 10-100 раз превосходит электромагнитное, поэтому и получила свое название – сильное. Константа взаимодействия имеет значение порядка единицы. Сильное взаимодействие выступает исключительно в качестве сил притяжения. Переносчиком взаимодействия по современным представлениям является глюон - электрически нейтральная частица с нулевой массой. Спин глюона равен единице, следовательно, частица является бозоном. Частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия, имеют очень малое время жизни ( ~ 10^-24).

В обычном стабильном веществе при не очень высоких температурах сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов и его роль сводится к созданию прочной связи нуклонов в ядрах атомов. (Есв ~ 8 Мэв/нуклон). Но при определенных условиях сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям. Особенно важную роль играют реакции слияния (термоядерные) в результате которых четыре нуклона превращаются в ядро гелия. Эти реакции, как отмечено выше, протекают при существенном участии слабого взаимодействия, идут на Солнце, и являются ценным источником используемой на Земле энергии. [10, с 678, 11 с 740]

Электромагнитное взаимодействие.

Электромагнитное взаимодействие в зависимости от условий обеспечивает притяжение и отталкивание. Оно связано с существованием двух видов зарядов и электрических и магнитных полей. Константой электромагнитного взаимодействия, которая определяет его силу в квантовых явлениях является е=qe. Интенсивность электромагнитных процессов микромире пропорциональна постоянной тонкой структуры α = 1/ 137. Важным свойством электромагнитного взаимодействия является наличие электрического заряда, который определяет силу взаимодействия и является сохраняющейся величиной. Вследствие этого электромагнитное взаимодействие записывается одинаковым образом для тел и частиц различной природы, для различных электромагнитных явлений и процессов.

С помощью электромагнитного взаимодействия осуществляется взаимодействие положительного ядра с отрицательными электронами в атоме и молекуле. Законы квантовой механики объясняют устойчивость таких микросистем. Размеры их определяются величиной заряда электрона и других постоянных. (Радиус первой боровской орбиты электрона в атоме водорода).

К электромагнитному взаимодействию сводятся силы упругости, трения, поверхностного натяжения в жидкостях и другие. Они объясняют многие свойства различных агрегатных состояний вещества. Электрические, магнитные, оптические явления определяются электромагнитным взаимодействием. Электромагнитную природу имеют явления ионизации и возбуждения атомов среды электрическим полем быстро движущихся заряженных частиц, процессы расщепления ядер фотонами и т.п. Проявление электромагнитного взаимодействия широко используется в электротехнике, электронике, оптике, квантовой электронике.

В классической электродинамике Дж.Максвелла электромагнитное взаимодействие объясняется существованием электрических и магнитных полей связанных с электрическими зарядами. В квантовой физике взаимодействию приписывается обменный механизм. Взаимодействие между телами рассматривается как обмен некоторыми частицами. В сильном взаимодействии, как указывалось выше, такими частицами являются глюоны. Переносчиком электромагнитного взаимодействия, квантом электромагнитного поля с точки зрения обменного механизма являются фотоны, относящиеся к классу бозонов, - частицы с нулевой массой покоя и целочисленным спином равным единице, не подчиняющиеся запрету Паули. Электромагнитные явления, в которых участвуют слабые, медленно изменяющиеся электромагнитные поля управляются законами классической электродинамики Максвелла. Для сильных и быстро изменяющихся полей важную роль играют квантовые эффекты.

Специфические черты электромагнитных взаимодействий определяют законы сохранения и свойства фотонов. Дальнодействующий характер электромагнитного взаимодействия с равенством нулю массы покоя фотона. Спин фотона = 1. Вследствие этого появляются правила отбора в процессе испускания фотона. Из – за малости вероятности электромагнитных процессов малы по сравнению с вероятностью аналогичных процессов за счет силы взаимодействия.

Электромагнитные процессы определяют в значительной степени активность Солнца. [10, с 872]