Анатолий Трутнев - Новый сборник статей по физике пространства. Наука будущего

Нуклоны не являются точечными объектами, а состоят из кварков. В настоящее время установлено шесть разновидностей кварков – u,d,s,c,b,t и соответствующих им шесть антикварков. Они имеют дробный электрический заряд в следующей последовательности. Кварки – u, c, t имеют заряд, равный /3 заряда электрона, кварков – d, s, b заряд составляет – 1/3 от заряда электрона. Протон состоит из трех кварков u, u, d, а нейтрон из u, d, d – кварков. Взаимодействуют между собой кварки путем обмена бозонами (глюонами). Глюоны безмассовые частицы. Они находятся внутри адронов и в свободном состоянии не существуют.

4. Слабое взаимодействие наиболее слабое из всех фундаментальных взаимодействий. Оно сосредоточено внутри ядра и связано с Играет важную роль в термоядерных реакциях и в процессах превращения элементарных частиц. Описывает процессы в ядерной физике и физике элементарных частиц. Характерным временем для слабого взаимодействия считается время протекания 10 – 12 с, что в значительно меньше соответственно сильного 10 – 23 с и электромагнитного 10 – 20 с В нем участвуют кварки и лептоны, включая нейтрино.

Как и ядерные силы, силы слабого взаимодействия являются короткодействующими. Радиус их действия r сл= r10 —18 м. Это в 600 раз меньше радиуса действия ядерных сил.

Слабое взаимодействие считается распадным взаимодействием По этому взаимодействию происходит β-распад нейтрона.

n → p + e - + v

где n – нейтрон,

p – протон,

e – электрон,

v – электронное антинейтрино

При β-распаде общая масса продуктов распада меньше массы (энергии покоя) исходной частицы. Избыток энергии покоя (энергия связи) освобождается в форме кинетической энергии продуктов распада. Спектр β-распада непрерывен из-за испускания при этом распаде нейтральных частиц с нулевой массой нейтрино и антинейтрино. В результате распада нейтрона один из его кварков d – кварк превращается в u – кварк.

Переносчиками слабого взаимодействия являются +W, -W, 0Z – бозоны, с массами соответственно 80 m pи 90 m pпротонов.

Литературный обзор сведений о фундаментальных взаимодействиях свидетельствует о том, что основные свойства природы обусловлены этими взаимодействиями. Каждый из четырех фундаментальных взаимодействий имеет свою физическую область применения, где соответствующие им элементарные частицы переносят взаимодействие от одной элементарной частицы к другой. Помимо качественных различий фундаментальные взаимодействия различаются и в количественном отношении по силе воздействия (интенсивности), которая возрастает от гравитационного до сильного взаимодействия. В настоящее время всё больше и больше приобретает значение идея объединение всех четырёх фундаментальных взаимодействий в единое фундаментальное взаимодействие. Уже успешно решается задача создания объединенной теории слабого и электромагнитного взаимодействия. Кроме того, и дет работа по развитию единой теории слабого, электромагнитного и сильного взаимодействия (теории Великого Объединения). Предпринимаются попытки найти принципы объединения всех фундаментальных взаимодействий в одно единое объединение.

В тоже время следует отметить, что на этом пути много неясностей и противоречий. Главным здесь, по мнению автора, является вопрос о механизме взаимодействия частиц между собой. Так, в гравитационном взаимодействии до сих пор нет однозначного ответа на механизм силового взаимодействия материальных тел. Нет экспериментальных данных о частицах переносчиках этих взаимодействий, хотя высказываются предположения, что ими могут быть гипотетические частицы – волны гравитоны. Слабое взаимодействие содержит больше вопросов, чем ответов. Оно позволяет лептонам и кваркам путем обмена квантовыми числами, энергией, массой превращаться в античастицы. Его переносчиками являются W +, W —и 0Z —бозоны. По слабому взаимодействию с помощью тяжелого W +бозона происходит распад нейтрона на протон, электрон и электронное нейтрино. При этом кварк d переходит в кварк u и появляется бозон W —с отрицательным зарядом, но кварк d тяжелее кварка u на 3,5 эВ, при этом меняется заряд с —1/3 на /3 эВ. Затем, виртуальный W – бозон распадается на реальные элементарные частицы – электрон и электронное нейтрино. В электромагнитном взаимодействии участвуют заряженные тела и элементарные частицы. Переносчиками этого взаимодействия являются фотоны, при этом одна заряженная частица испускает фотон, а другая его поглощает. Например, считается, что связь электронов с протонами в ядрах обеспечивается путем обмена между ними виртуальными фотонами, но как это происходит большой вопрос. Сильное взаимодействие обеспечивает устойчивую связь между нуклонами атомных ядер. Его принято рассматривать в двух форма, когда радиус взаимодействия (r) меньше радиуса нуклона (r n), и когда r r n. В первом случае происходит обмен пионом (квантом ядерного поля) между нуклонами, а во втором обмен глюонами между кварками, входящими в состав нуклонов. В обоих случаях за счет испускания и поглощения нуклоны взаимно влияют друг на друга. Но такое объяснение механизма сильного взаимодействия, ставит много вопросов ни на что не отвечая. Например, взаимное влияние элементарных частиц (протонов и нейтронов) путем обмена напрямую виртуальными частицами (пионами, глюонами) нарушает закон сохранения энергии и каков механизм этого обмена, если кварки не могут вылетать из нуклонов ни в каких реакциях.