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más alto educación vocacional
"Estado de San Petersburgo Universidad Electrotécnica"LETI" lleva el nombre. V. I. Ulyanova (Lenin)"
(SPbGETU)
Facultad de Economía y Gestión
Departamento de Física
En la disciplina "Conceptos" ciencia natural moderna"
en el tema " Interacción débil"
Comprobado:
Altmark Alexander Moiseevich
Realizado:
estudiante gr. 3603
Kolisetskaya María Vladimirovna
San Petersburgo
1. La interacción débil es una de las cuatro interacciones fundamentales.
Historia del estudio
Papel en la naturaleza
La fuerza débil es una de las cuatro fuerzas fundamentales.
La fuerza débil, o fuerza nuclear débil, es una de las cuatro fundamentales interacciones
La interacción débil es de corto alcance: se manifiesta a distancias significativamente menores que núcleo atómico
Los bosones vectoriales son portadores de la interacción débil.
Por primera vez se observaron interacciones débiles durante la desintegración de los núcleos atómicos. Y resultó que estas desintegraciones están asociadas con la transformación de un protón en un neutrón en el núcleo y viceversa:
¿R? n + mi+ + ?mi, n ? p + e- + e,
donde n es un neutrón, p es un protón, e- es un electrón, ??e es un antineutrino electrónico.
Las partículas elementales suelen dividirse en tres grupos:
) fotones; este grupo consta de una sola partícula: un fotón, un cuanto radiación electromagnética;
) leptones (del griego “leptos” - luz), que participan solo en interacciones electromagnéticas y débiles. Los leptones incluyen el electrón y el neutrino muónico, el electrón, el muón y el leptón pesado descubierto en 1975: el leptón t, o taón, con una masa de aproximadamente 3487 me, así como sus correspondientes antipartículas. El nombre de leptones se debe a que las masas de los primeros leptones conocidos eran menores que las masas de todas las demás partículas. Los leptones también incluyen el neutrino secreto, cuya existencia en Últimamente también instalado;
) hadrones (del griego “adros” - grandes, fuertes). Los hadrones tienen interacciones fuertes junto con interacciones electromagnéticas y débiles. De las partículas discutidas anteriormente, estas incluyen el protón, el neutrón, los piones y los kaones.
Propiedades de la interacción débil.
La interacción débil tiene propiedades distintivas:
Todos los fermiones fundamentales participan en interacciones débiles.
La operación P cambia el signo de cualquier vectores polares
La operación de inversión espacial transforma el sistema en uno simétrico en espejo. Simetría de espejo observado en procesos bajo la influencia de interacciones fuertes y electromagnéticas. La simetría especular en estos procesos significa que en estados simétricos especulares las transiciones se realizan con la misma probabilidad.
G.? Yang Zhenning y Li Zongdao recibieron el Premio Nobel de Física. Por sus profundos estudios de las llamadas leyes de paridad, que dieron lugar a importantes descubrimientos en el campo de las partículas elementales.
Además de la paridad espacial, la interacción débil tampoco preserva la paridad combinada de carga espacial, es decir, la única interacción conocida viola el principio de invariancia CP
La simetría de carga significa que si hay algún proceso que involucra partículas, cuando estas son reemplazadas por antipartículas (conjugación de carga), el proceso también existe y ocurre con la misma probabilidad. La simetría de carga está ausente en los procesos que involucran neutrinos y antineutrinos. En la naturaleza sólo existen neutrinos zurdos y antineutrinos diestros. Si cada una de estas partículas (para mayor precisión, consideraremos el neutrino electrónico y el antineutrino e) se somete a la operación de conjugación de carga, entonces se convertirán en objetos inexistentes con números de leptones y helicidades.
Por tanto, en interacciones débiles, la invariancia P y C se violan simultáneamente. Sin embargo, ¿qué pasa si se realizan dos operaciones consecutivas sobre un neutrino (antineutrino)? Transformaciones P y C (el orden de las operaciones no es importante), luego obtenemos nuevamente neutrinos que existen en la naturaleza. Secuencia de operaciones y (o en orden inverso) se llama transformación CP. El resultado de la transformación CP (inversión combinada) de ?e y e es el siguiente:
Así, para neutrinos y antineutrinos, la operación que transforma una partícula en antipartícula no es una operación de conjugación de carga, sino una transformación CP.
Historia del estudio
Continuó el estudio de las interacciones débiles. un largo periodo.
En 1896, Becquerel descubrió que las sales de uranio emiten radiación penetrante (desintegración γ del torio). Este fue el comienzo del estudio de las interacciones débiles.
En 1930, Pauli propuso la hipótesis de que durante la desintegración de ?, junto con los electrones (e), ¿se emiten partículas ligeras neutras? neutrino (?). Ese mismo año, Fermi propuso una teoría cuántica de campos de la desintegración β. La desintegración de un neutrón (n) es consecuencia de la interacción de dos corrientes: la corriente hadrónica convierte un neutrón en un protón (p), la corriente leptónica produce un par electrón + neutrino. En 1956, Reines observó por primera vez la reacción de er? ne+ en experimentos cerca de un reactor nuclear.
Lee y Yang explicaron la paradoja en las desintegraciones de los mesones K+ (? ~ ? misterio)? se descompone en 2 y 3 piones. Se asocia con la no conservación de la paridad espacial. Se ha descubierto asimetría especular en la desintegración β de núcleos, en la desintegración de muones, piones, mesones K e hiperones.
En 1957, Gell-Mann, Feynman, Marshak y Sudarshan propusieron teoría universal Interacción débil, basada en la estructura de quarks de los hadrones. Esta teoría, llamada Teorías VA, llevó a la descripción de la interacción débil utilizando diagramas de Feynman. Al mismo tiempo, se descubrieron fenómenos fundamentalmente nuevos: violación de la invariancia CP y corrientes neutrales.
En la década de 1960, de Sheldon Lee Glashow
En 1991-2001, se llevó a cabo un estudio de las desintegraciones de los bosones Z0 en el acelerador LEP2 (CERN), que demostró que en la naturaleza solo existen tres generaciones de leptones: ?e, ?? ¿¿Y??.
Papel en la naturaleza
la interacción nuclear es débil
El proceso más común causado por una interacción débil es la desintegración B de núcleos atómicos radiactivos. Fenómeno de radiactividad<#"justify">Bibliografía
1. Novozhilov Yu.V. Introducción a la teoría de las partículas elementales. M.: Nauka, 1972
Okun B. Interacción débil de partículas elementales. M.: Fizmatgiz, 1963
El diagrama de Feynman de la desintegración beta de un neutrón en un protón, electrón y antineutrino electrónico a través del bosón W intermedio es una de las cuatro interacciones físicas fundamentales entre partículas elementales, junto con las gravitacionales, electromagnéticas y fuertes. Su manifestación más famosa es la desintegración beta y la radiactividad asociada a ella. Interacción nombrada débil, ya que la intensidad del campo correspondiente es 10 13 menor que en los campos que se mantienen unidos partículas nucleares(nucleones y quarks) y 10 10 menos que la fuerza de Coulomb en estas escalas, pero mucho más fuerte que la gravitacional. La interacción tiene un alcance corto y aparece sólo a distancias del orden del tamaño del núcleo atómico.La primera teoría de la interacción débil fue propuesta por Enrico Fermi en 1930. Al desarrollar la teoría, utilizó la hipótesis de Wolfgang Pauli sobre la existencia en ese momento de una nueva partícula elemental, el neutrino.
La interacción débil describe aquellos procesos en la física nuclear y de partículas que ocurren relativamente lentamente, a diferencia de los procesos rápidos causados por la interacción fuerte. Por ejemplo, la vida media de un neutrón es de aproximadamente 16 minutos. – Eternidad en comparación con los procesos nucleares, que se caracterizan por un tiempo de 10 -23 s.
A modo de comparación, ¿piones cargados? ± decae a través de interacción débil y tiene una vida útil de 2,6033 ± 0,0005 x 10 -8 s, mientras que el pión neutro? 0 se desintegra en dos rayos gamma mediante interacción electromagnética y tiene una vida útil de 8,4 ± 0,6 x 10 -17 s.
Otra característica de la interacción es el camino libre de las partículas en una sustancia. Las partículas que interactúan mediante interacción electromagnética (partículas cargadas, cuantos gamma) pueden ser retenidas por una placa de hierro de varias decenas de centímetros de espesor. Mientras que un neutrino, que interactúa sólo débilmente, atraviesa una capa de metal de mil millones de kilómetros de espesor sin chocar jamás.
La interacción débil involucra quarks y leptones, incluidos los neutrinos. En este caso, el aroma de las partículas cambia, es decir. su tipo. Por ejemplo, como resultado de la desintegración de un neutrón, uno de sus quarks d se convierte en un quark u. Los neutrinos son únicos porque interactúan con otras partículas sólo a través de interacciones gravitacionales débiles, e incluso más débiles.
Por ideas modernas, formulado en Modelo estandar, la fuerza débil es transportada por los bosones calibre W y Z, que fueron descubiertos en los aceleradores en 1982. Sus masas son 80 y 90 veces la masa de un protón. El intercambio de bosones W virtuales se denomina corriente cargada, el intercambio de bosones Z se denomina corriente neutra.
Diagramas de picos de Feynman que describen posibles procesos con calibración Wi-i Los bosones Z se pueden dividir en tres tipos:
Un leptón puede viprominitar o absorber un bosón W y convertirse en un neutrino;
un quark puede viprominitar o absorber un bosón W y cambiar su sabor, convirtiéndose en una superposición de otros quarks;
un leptón o un quark pueden absorber o viprominitar un bosón Z
La capacidad de una partícula para interactuar débilmente se describe mediante un número cuántico llamado isospin débil. Valores posibles isospin para partículas que pueden intercambiar bosones W y Z ± 1/2. Son estas partículas las que interactúan a través de la interacción débil. Las partículas con isospin débil cero, para las cuales los procesos de intercambio de bosones W y Z son imposibles, no interactúan mediante mutualismo débil. El isospin débil se conserva en reacciones entre partículas elementales. Esto significa que el isospin débil total de todas las partículas que participan en la reacción permanece sin cambios, aunque los tipos de partículas pueden cambiar.
Una característica de la interacción débil es que viola la paridad, ya que solo los fermiones con quiralidad zurda y las antipartículas de fermiones con quiralidad diestra tienen la capacidad de interactuar débilmente a través de corrientes cargadas. La no conservación de la paridad en interacciones débiles fue descubierta por Yang Zhenning y Li Zhengdao, por lo que recibieron el Premio Nobel de Física en 1957. La razón de la no conservación de la paridad se ve en la ruptura espontánea de la simetría. En el modelo estándar, la ruptura de simetría corresponde a una partícula hipotética, el bosón de Higgs. Ésta es la única partícula del modelo ordinario que aún no ha sido descubierta experimentalmente.
Con una interacción débil, la simetría CP también se rompe. Esta violación fue descubierta experimentalmente en 1964 en experimentos con kaon. Los autores del descubrimiento, James Cronin y Val Fitch, fueron premiados premio Nobel para 1980. La no conservación de la simetría CP ocurre con mucha menos frecuencia que la violación de la paridad. También significa, dado que la conservación de la simetría CPT se basa en el fundamento principios fisicos– Transformaciones de Lorentz e interacción de corto alcance, posibilidad de romper la simetría T, es decir no invariancia procesos fisicos cambiando la dirección del tiempo.
En 1969, se construyó una teoría unificada de la interacción electromagnética y nuclear débil, según la cual a energías de 100 GeV, que corresponde a una temperatura de 10 15 K, la diferencia entre procesos electromagnéticos y débiles desaparece. La verificación experimental de la teoría unificada de la interacción nuclear electrodébil y fuerte requiere un aumento de la energía del acelerador cien mil millones de veces.
La teoría de la interacción electrodébil se basa en el grupo de simetría SU(2).
A pesar de su pequeño tamaño y corta duración, la interacción débil juega un papel muy importante en la naturaleza. Si fuera posible "apagar" la interacción débil, entonces el Sol se apagaría, ya que el proceso de conversión de un protón en un neutrón, un positrón y un neutrino, como resultado de lo cual 4 protones se convierten en 4 He, dos positrones y dos neutrinos, sería imposible. Este proceso sirve como principal fuente de energía para el Sol y la mayoría de las estrellas (ver Ciclo del hidrógeno). Los procesos de interacción débil son importantes para la evolución de las estrellas porque provocan que la energía de las estrellas muy calientes se pierda en explosiones de supernovas con la formación de púlsares, etc. Si no existiera una interacción débil en la naturaleza, los muones, mesones pi y otras partículas serían estables y estarían muy extendidos en la materia ordinaria. Entonces papel importante La interacción débil se debe al hecho de que no obedece a una serie de prohibiciones características de las interacciones fuertes y electromagnéticas. En particular, la interacción débil convierte los leptones cargados en neutrinos y los quarks de un tipo en quarks de otro.
En 1896, el científico francés Henri Becquerel descubrió la radiactividad en el uranio. Esta fue la primera señal experimental sobre fuerzas de la naturaleza previamente desconocidas: la interacción débil. Ahora sabemos que la fuerza débil se esconde detrás de muchos fenómenos conocidos; por ejemplo, participa en algunos reacciones termonucleares, apoyando la radiación del Sol y otras estrellas.
El nombre "débil" se le dio a esta interacción debido a un malentendido: por ejemplo, para un protón es 1033 veces más fuerte. interacción gravitacional(ver Gravedad, esta unidad de la naturaleza). Se trata más bien de una interacción destructiva, la única fuerza de la naturaleza que no mantiene unida la sustancia, sino que sólo la destruye. También se podría llamarlo “sin principios”, ya que en la destrucción no tiene en cuenta los principios de paridad espacial y reversibilidad temporal, que son observados por otras fuerzas.
Las propiedades básicas de la interacción débil se conocieron ya en los años 30, principalmente gracias al trabajo del físico italiano E. Fermi. Resultó que, a diferencia de las fuerzas gravitacionales y eléctricas, las fuerzas débiles tienen un rango de acción muy corto. En esos años, parecía que no había ningún radio de acción: la interacción tenía lugar en un punto del espacio y, además, al instante. Esta interacción es virtual (en un tiempo corto) convierte cada protón del núcleo en un neutrón, un positrón en un positrón y un neutrino, y cada neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino. En los núcleos estables (ver Núcleo atómico), estas transformaciones siguen siendo virtuales, como la creación virtual de pares electrón-positrón o pares protón-antiprotón en el vacío.
Si la diferencia en las masas de los núcleos que difieren en una carga es lo suficientemente grande, estas transformaciones virtuales se vuelven reales y el núcleo cambia su carga en 1, emitiendo un electrón y un antineutrino (desintegración electrónica) o un positrón y un neutrino ( desintegración de positrones). Los neutrones tienen una masa que excede en aproximadamente 1 MeV la suma de las masas de un protón y un electrón. Por tanto, un neutrón libre se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino, liberando una energía de aproximadamente 1 MeV. Toda la vida neutrón libre aproximadamente 10 minutos, aunque estado ligado, por ejemplo, en el deuterón, que consta de un neutrón y un protón, estas partículas viven indefinidamente.
Un evento similar ocurre con el muón (ver Peptones): se desintegra en un electrón, un neutrino y un antineutrino. Antes de desintegrarse, un muón vive aproximadamente c, mucho menos que un neutrón. La teoría de Fermi explica esto por la diferencia en las masas de las partículas involucradas. Cuanta más energía se libera durante la descomposición, más rápido avanza. La liberación de energía durante la desintegración es de unos 100 MeV, aproximadamente 100 veces mayor que durante la desintegración de un neutrón. La vida útil de una partícula es inversamente proporcional a la quinta potencia de esta energía.
Como se ha demostrado en las últimas décadas, la interacción débil es no local, es decir, no ocurre instantáneamente ni en un momento dado. Según la teoría moderna, la interacción débil no se transmite instantáneamente, sino que nace un par virtual electrón-antineutrino s después de que el muón se convierte en neutrino, y esto sucede a una distancia de cm. Ni una sola regla ni un solo microscopio pueden hacerlo. Por supuesto, medir una distancia tan pequeña, así como ningún cronómetro puede medir un intervalo de tiempo tan pequeño. Como casi siempre ocurre, en física moderna debemos contentarnos con datos indirectos. Los físicos construyen diversas hipótesis sobre el mecanismo del proceso y prueban todo tipo de consecuencias de estas hipótesis. Aquellas hipótesis que contradicen al menos un experimento confiable se descartan y se llevan a cabo nuevos experimentos para probar los restantes. Este proceso, en el caso de la interacción débil, continuó durante unos 40 años, hasta que los físicos se convencieron de que la interacción débil era transportada por partículas supermasivas, 100 veces más pesadas que el protón. Estas partículas tienen espín 1 y se denominan bosones vectoriales (descubiertos en 1983 en el CERN, Suiza - Francia).
Hay dos bosones vectoriales cargados y uno neutro (el icono de arriba, como es habitual, indica la carga en unidades de protones). Un bosón vectorial cargado "funciona" en las desintegraciones del neutrón y del muón. El curso de la desintegración de los muones se muestra en la Fig. (arriba, derecha). Estos dibujos se denominan diagramas de Feynman; no sólo ilustran el proceso, sino que también ayudan a calcularlo. Ésta es una especie de abreviatura de la fórmula de la probabilidad de una reacción; se utiliza aquí sólo con fines ilustrativos.
El muón se convierte en un neutrino, emitiendo un bosón, que se desintegra en un electrón y un antineutrino. La energía liberada no es suficiente para el nacimiento real de un bosón, por lo que nace virtualmente, es decir, en muy poco tiempo. EN en este caso esto con. Durante este tiempo, el campo correspondiente al bosón - no tiene tiempo de formar una onda, o en caso contrario, una partícula real (ver Campos y partículas). Se forma un coágulo de campo de tamaño cm, y después de c nacen un electrón y un antineutrino.
Para la desintegración de un neutrón se podría trazar el mismo diagrama, pero aquí ya nos induciría a error. El hecho es que el tamaño de un neutrón es cm, que es 1000 veces mayor que el radio acciones de fuerzas débiles. Por tanto, estas fuerzas actúan en el interior del neutrón, donde se encuentran los quarks. Uno de los tres quarks de neutrones emite un bosón -, transformándose en otro quark. Cargas de quarks en un neutrón: -1/3, - 1/3 y así uno de los dos quarks con carga negativa-1/3 entra en un quark con Carga positiva. El resultado serán quarks con cargas: 1/3, 2/3, 2/3, que juntos forman un protón. Los productos de la reacción, electrones y antineutrinos, salen volando libremente del protón. Pero es un quark que emitió un bosón -. recibió el contragolpe y comenzó a moverse direccion opuesta. ¿Por qué no sale volando?
Se mantiene unido por una fuerte interacción. Esta interacción arrastrará al quark junto con sus dos compañeros inseparables, dando como resultado un protón en movimiento. Por esquema similar Se producen desintegraciones débiles (asociadas con interacciones débiles) de los hadrones restantes. Todos se reducen a la emisión de un bosón vectorial por uno de los quarks, la transición de este bosón vectorial a leptones (, y -partículas) y una mayor expansión de los productos de reacción.
A veces, sin embargo, también se producen desintegraciones hadrónicas: un bosón vectorial puede descomponerse en un par quark-antiquark, que a su vez se convertirá en mesones.
Entonces, un gran número de de diversas reacciones se reduce a la interacción de quarks y leptones con bosones vectoriales. Esta interacción es universal, es decir, es la misma para quarks y leptones. La universalidad de la interacción débil, a diferencia de la universalidad de la interacción gravitacional o electromagnética, aún no ha recibido una explicación exhaustiva. En las teorías modernas, la interacción débil se combina con la interacción electromagnética (ver Unidad de las fuerzas de la naturaleza).
Sobre la ruptura de la simetría por la interacción débil, consulte Paridad, Neutrinos. El artículo La unidad de las fuerzas de la naturaleza habla sobre el lugar de las fuerzas débiles en la imagen del micromundo.
INTERACCIÓN DÉBIL- una de las cuatro fundaciones conocidas. interacciones entre . S.v. mucho más débil que fuerte y el-magnético. interacciones, pero mucho más fuertes que las gravitacionales. En los 80s Se ha establecido que débil y el-magn. interacciones - diferencia. manifestaciones de un solo interacción electrodébil.
La intensidad de las interacciones se puede juzgar por la velocidad de los procesos que provoca. Habitualmente, las velocidades de los procesos se comparan entre sí a energías de GeV, características de la física de partículas elementales. Con tales energías, el proceso causado por la interacción fuerte ocurre en tiempos s, el-magn. proceso a lo largo del tiempo, el tiempo característico de los procesos que ocurren debido a la energía solar. ( procesos débiles), mucho más:c, de modo que en el mundo de las partículas elementales los procesos débiles avanzan extremadamente lentamente.
Otra característica de la interacción son las partículas en la materia. Las partículas que interactúan fuertemente (hadrones) pueden ser retenidas por una placa de hierro de varios espesores. decenas de cm, mientras que un neutrino, que sólo posee una velocidad de neutrino, pasaría, sin experimentar una sola colisión, a través de una placa de hierro con un espesor de aproximadamente mil millones de kilómetros. La gravedad es aún más débil. interacción, cuya fuerza a una energía de ~1 GeV es 10 33 veces menor que la de S. v. Sin embargo, normalmente el papel de la gravedad. Las interacciones son mucho más notables que el papel del S. siglo. Esto se debe al hecho de que la gravedad la interacción, como la interacción electromagnética, tiene un rango de acción infinitamente grande; por tanto, por ejemplo, las fuerzas gravitacionales actúan sobre los cuerpos ubicados en la superficie de la Tierra. la atracción de todos los átomos que forman la Tierra. La interacción débil tiene un radio de acción muy corto: aprox. 2*10 -16 cm (que son tres órdenes de magnitud menor que el radio fuerte interacción). A raíz de esto, por ejemplo, S. v. entre los núcleos de dos átomos vecinos ubicados a una distancia de 10 -8 cm es insignificante, incomparablemente más débil no solo que el electromagnético, sino también el gravitacional. interacciones entre ellos.
Sin embargo, a pesar del pequeño tamaño y la corta acción, S. siglo. juega un papel muy importante en la naturaleza. Entonces, si fuera posible "apagar" la energía solar, entonces el Sol se apagaría, ya que el proceso de conversión de un protón en neutrón, positrón y neutrino sería imposible, como resultado de lo cual cuatro protones se convierten en 4. Él, dos positrones y dos neutrinos. Este proceso sirve como principal fuente de energía del Sol y de la mayoría de las estrellas (ver ciclo del hidrógeno). Procesos del siglo S. con la emisión de neutrinos son generalmente extremadamente importantes en evolución de las estrellas, porque provocan pérdida de energía en estrellas muy calientes en explosiones. supernovas con la formación de púlsares, etc. Si no existiera la energía solar, los muones, mesones y partículas extrañas y encantadas, que se desintegran como resultado de la energía solar, serían estables y estarían muy extendidos en la materia ordinaria. El papel tan importante del SE se debe al hecho de que no está sujeto a una serie de prohibiciones características de una fuerza fuerte y electromagnética. interacciones. En particular, S. v. transforma leptones cargados en neutrinos y un tipo (sabor) en quarks de otros tipos.
La intensidad de los procesos débiles aumenta rápidamente al aumentar la energía. Entonces, desintegración beta de neutrones La liberación de energía en Krom es pequeña (~1 MeV), dura aprox. 10 3 s, que es 10 13 veces mayor que la vida útil de un hiperón, la energía liberada durante su desintegración es ~100 MeV. La sección transversal de interacción con nucleones para neutrinos con una energía de ~100 GeV es de aprox. un millón de veces más que para los neutrinos con energía ~1 MeV. Según teoría Según las ideas, el crecimiento de la sección transversal durará hasta energías del orden de varios. cientos de GeV (en el sistema del centro de inercia de partículas en colisión). En estas energías y en grandes transferencias de impulso, los efectos asociados con la existencia de bosones vectoriales intermedios. A distancias entre partículas en colisión mucho menores que 2*10 -16 cm (longitud de onda Compton bosones intermedios), S.v. y el-magn. Las interacciones tienen casi la misma intensidad.
Naib. un proceso común causado por el siglo S. - desintegración beta Núcleos atómicos radiactivos. En 1934, E. Fermi construyó una teoría de la descomposición que involucraba a ciertas criaturas. Las modificaciones formaron la base de la teoría posterior de los llamados. sistema local universal de cuatro fermiones. (Interacciones de Fermi). Según la teoría de Fermi, el electrón y el neutrino (más precisamente) que escapan del núcleo radiactivo no estaban antes en él, sino que surgieron en el momento de la desintegración. Este fenómeno es similar a la emisión de fotones de baja energía ( luz visible) átomos excitados o fotones de alta energía (cuantos) núcleos excitados. La razón de tales procesos es la interacción de la electricidad. partículas con el-magn. campo: una partícula cargada en movimiento crea corriente electromagnética, lo que perturba el imán eléctrico. campo; Como resultado de la interacción, la partícula transfiere energía a los cuantos de este campo: los fotones. Interacción de fotones con el-magn. La corriente se describe mediante la expresión. A. Aquí mi- electricidad elemental carga, que es una constante el-magn. interacciones (ver Constante de interacción), A- operador de campo de fotones (es decir, operador de creación y aniquilación de fotones), j em - operador de densidad el-magn. actual (A menudo, la expresión de corriente electromagnética también incluye el multiplicador mi.) Todos los cargos contribuyen a j em. partículas. Por ejemplo, el término correspondiente al electrón tiene la forma: donde es el operador de la aniquilación de un electrón o del nacimiento de un positrón, y es el operador del nacimiento de un electrón o de la aniquilación de un positrón. [Para simplificar, no se muestra arriba ese j um, así como A, es un vector de cuatro dimensiones. Más precisamente, en su lugar deberías escribir un conjunto de cuatro expresiones donde: matriz de dirac,= 0, 1, 2, 3. Cada una de estas expresiones se multiplica por el componente correspondiente del vector de cuatro dimensiones.]
La interacción describe no sólo la emisión y absorción de fotones por electrones y positrones, sino también procesos como la creación de pares electrón-positrón por fotones (ver. nacimiento de parejas)o aniquilación estos pares en fotones. Intercambio de fotones entre dos cargas. Las partículas conducen a su interacción entre sí. Como resultado, se produce, por ejemplo, la dispersión de un electrón por un protón, lo que se representa esquemáticamente. diagrama de feynman, presentado en la Fig. 1. Cuando un protón en el núcleo pasa de un nivel a otro, la misma interacción puede conducir al nacimiento de un par electrón-positrón (Fig. 2).
La teoría de la desintegración de Fermi es esencialmente similar a la teoría elmagnética. procesos. Fermi basó su teoría en la interacción de dos "corrientes débiles" (ver. Actual en la teoría cuántica de campos), pero interactuando entre sí no a distancia mediante el intercambio de una partícula: un campo cuántico (fotón en el caso de interacción electromagnética), sino de forma contactada. Esta es la interacción entre cuatro campos de fermiones (cuatro fermiones p, n, e y neutrinos v) en los tiempos modernos. la notación tiene la forma: 
. Aquí G.F.- Constante de Fermi, o constante de interacción débil de cuatro fermiones, experimental. significado de corte 
erg*cm 3 (el valor tiene la dimensión del cuadrado de la longitud, y en unidades es una constante 
, Dónde METRO- masa de protones), - operador de nacimiento de protones (aniquilación de antiprotones), - operador de aniquilación de neutrones (nacimiento de antineutrones), - operador de nacimiento de electrones (aniquilación de positrones), v
- operador de destrucción de neutrinos (nacimiento de antineutrinos). (A partir de ahora, los operadores de creación y aniquilación de partículas se indican mediante los símbolos de las partículas correspondientes, escritos en negrita). La corriente que convierte un neutrón en un protón se llamó posteriormente nucleón, y la corriente, leptón. Fermi postuló eso, como un el-magn. Las corrientes débiles también son vectores de cuatro dimensiones: por eso se llama interacción de Fermi. vector. 
De manera similar al nacimiento de un par electrón-positrón (Fig. 2), la desintegración de un neutrón se puede describir mediante un diagrama similar (Fig. 3) [las antipartículas están marcadas con un símbolo de "tilde" encima de los símbolos de las partículas correspondientes ]. La interacción de las corrientes de leptones y nucleones debería conducir, por ejemplo, a otros procesos. a la reacción 
(Fig. 4), cocer al vapor (Fig. 5) y 
etc.
Criaturas La diferencia entre corrientes débiles y electromagnéticas es que una corriente débil cambia la carga de las partículas, mientras que una corriente eléctrica cambia la carga de las partículas. la corriente no cambia: una corriente débil convierte un neutrón en un protón, un electrón en un neutrino y una electromagnética deja un protón como protón y un electrón como electrón. Por lo tanto, se llaman tokii ev débiles. corrientes cargadas. Según esta terminología, un imán eléctrico ordinario. su corriente es corriente neutra.
La teoría de Fermi se basó en los resultados de tres estudios diferentes. áreas: 1) experimental. investigación del propio siglo S. (-decadencia), que llevó a la hipótesis de la existencia de neutrinos; 2) experimento. la investigación sobre la fuerza fuerte (), que condujo al descubrimiento de los protones y neutrones y a la comprensión de que los núcleos están formados por estas partículas; 3) experimento. y teórico investigación el-magnética interacciones, como resultado de lo cual se sentaron las bases de la teoría cuántica de campos. El desarrollo posterior de la física de partículas elementales ha confirmado repetidamente la fructífera interdependencia de la investigación sobre los campos fuerte, débil y electromagnético. interacciones.
La teoría del sv universal de cuatro fermiones. difiere de la teoría de Fermi en varios aspectos y puntos. Estas diferencias, establecidas a lo largo de los años siguientes como resultado del estudio de las partículas elementales, se redujeron a lo siguiente.
La hipótesis de que S. v. no preserva la paridad, fue propuesto por Lee Tsung-Dao y Yang Chen Ning en 1956 con fundamentos teóricos. investigación de descomposición mesones K; pronto fracaso R- y las paridades C se descubrieron experimentalmente en la desintegración de núcleos [Bu Chien-Shiung y colaboradores], en la desintegración del muón [R. Garwin (R. Garwin), L. Lederman (L. Lederman), V. Telegdi (V. Telegdi), J. Friedman (J. Friedman), etc.] y en las desintegraciones de otras partículas.
Resumiendo un gran experimento. material, M. Gell-Mann, P. Feynman, P. Marshak y E. Sudarshan propusieron en 1957 la teoría del S. v. universal, el llamado V- A-teoría. En una formulación basada en la estructura de quarks de los hadrones, esta teoría es que la corriente total cargada débil j u es la suma de las corrientes de leptones y quarks, y cada una de estas corrientes elementales contiene la misma combinación de matrices de Dirac:
Como resultó más tarde, el cargador. La corriente leptónica, representada en la teoría de Fermi por un término, es la suma de tres términos: 
y cada uno de los cargos conocidos. leptones (electrones, muones y leptón pesado) está incluido en el cargo. al corriente con tu neutrino.
Cargar la corriente hadrónica, representada por el término en la teoría de Fermi, es la suma de las corrientes de quarks. En 1992 se conocían cinco tipos de quarks. , a partir del cual se construyen todos los hadrones conocidos, y se supone la existencia de un sexto quark ( t Con P=+ 2/3). Las corrientes de quarks cargados, así como las corrientes de leptones, generalmente se escriben como la suma de tres términos: 
Sin embargo, aquí hay combinaciones lineales de operadores. d, s, b, entonces la corriente cargada de quarks consta de nueve términos. Cada una de las corrientes es la suma de corrientes vectoriales y axiales con coeficientes iguales a la unidad.
Los coeficientes de nueve corrientes de quarks cargadas se suelen representar como una matriz de 3x3, cuyos bordes están parametrizados por tres ángulos y un factor de fase que caracteriza la perturbación. invariancia CP en desintegraciones débiles. Esta matriz se llama Kobayashi - Matrices Maskawa (M. Kobayashi, T. Maskawa).
Lagrangiano S. v. corrientes cargadas tiene la forma: 
Comedor, conjugado, etc.). Esta interacción de corrientes cargadas describe cuantitativamente una gran cantidad de procesos débiles: leptónicos, semileptónicos ( 
etc.) y no leptónicos ( 
,, etc.). Muchos de estos procesos se descubrieron después de 1957. Durante este período, también se descubrieron dos fenómenos fundamentalmente nuevos: la violación de la invariancia CP y las corrientes neutras. 
La violación de la invariancia CP fue descubierta en 1964 en un experimento realizado por J. Christenson, J. Cronin, V. Fitch y R. Turley, quienes observaron la desintegración de mesones K° de larga vida en dos mesones. Posteriormente, también se observó una violación de la invariancia de CP en desintegraciones semileptónicas. Para aclarar la naturaleza de la interacción CP-no invariante, sería extremadamente importante encontrar k-l. CP-proceso no invariante en desintegraciones o interacciones de otras partículas. En particular, es de gran interés la búsqueda del momento dipolar de los neutrones (cuya presencia significaría una violación de la invariancia con respecto a inversiones de tiempo, y por lo tanto, según el teorema TER, e invariancia CP).
La existencia de corrientes neutras fue predicha por la teoría unificada de las corrientes débiles y eléctricas. Interacciones creadas en los años 60. Sh. Glashow, S. Weinberg, A. Salam y otros y posteriormente recibieron el nombre. Teoría estándar de la interacción electrodébil. Según esta teoría, S. v. no es una interacción de contacto de corrientes, sino que se produce mediante el intercambio de bosones vectoriales intermedios ( W + , W - , Z 0) - partículas masivas con espín 1. En este caso, los bosones realizan interacción de carga. corrientes (Fig. 6), y Z 0-los bosones son neutros (Fig. 7). En la teoría estándar, tres bosones intermedios y un fotón son cuantos vectoriales, los llamados. campos de calibre, actuando en transferencias asintóticamente grandes de impulso de cuatro dimensiones (, m z, Dónde mw, mz- masas W.- y bosones Z en energía. unidades) son completamente iguales. Las corrientes neutras fueron descubiertas en 1973 en la interacción de neutrinos y antineutrinos con nucleones. Posteriormente, se descubrieron los procesos de dispersión de un neutrino muónico por un electrón, así como los efectos de la no conservación de la paridad en la interacción de los electrones con los nucleones, provocados por la corriente neutra del electrón (estos efectos se observaron por primera vez en experimentos sobre la no conservación de la paridad en transiciones atómicas realizadas en Novosibirsk por L. M. Barkov y M. S. Zolotorev, así como en experimentos sobre dispersión de electrones en protones y deuterones en Estados Unidos).
La interacción de corrientes neutras se describe mediante el término correspondiente en el lenguaje lagrangiano de S.V.
donde es un parámetro adimensional. En la teoría estándar (el valor experimental p coincide con 1 dentro del uno por ciento de la precisión experimental y la precisión del cálculo correcciones de radiación). La corriente neutra débil total contiene contribuciones de todos los leptones y todos los quarks: 
Una propiedad muy importante de las corrientes neutras es que son diagonales, es decir, transfieren leptones (y quarks) a sí mismas y no a otros leptones (quarks), como es el caso de las corrientes cargadas. Cada una de las 12 corrientes neutras de quarks y leptones es una combinación lineal de la corriente axial con un coeficiente. yo 3 y vector de corriente con coeficiente. 
, Dónde yo 3- tercera proyección de la llamada. débil giro isotópico, Q- carga de partículas, y - ángulo de weinberg.
La necesidad de la existencia de cuatro campos vectoriales de bosones intermedios. W+, W-, Z 0 y fotón A se puede explicar a continuación. forma. Como se sabe, en el-magn. interacción eléctrica juegos de carga doble papel: por un lado, es una cantidad conservada y, por otro, es una fuente de el-magn. campo que interactúa entre partículas cargadas (constante de interacción mi). Éste es el papel de la electricidad. la carga es proporcionada por un calibre, que consiste en que las ecuaciones de la teoría no cambian cuando las funciones de onda de las partículas cargadas se multiplican por un factor de fase arbitrario que depende del punto espacio-temporal [local simetría U(1)], y al mismo tiempo el-magn. el campo, que es un campo calibre, sufre una transformación. Transformaciones de grupos locales U(1) con un tipo de carga y un campo de calibre conmutan entre sí (este grupo se llama abeliano). La propiedad especificada es eléctrica. La carga sirvió como punto de partida para la construcción de teorías y otros tipos de interacciones. En estas teorías, las cantidades conservadas (por ejemplo, el espín isotópico) son simultáneamente fuentes de ciertos campos de calibre que transfieren interacciones entre partículas. En el caso de varios tipos de “cargas” (por ejemplo, diferentes proyecciones de espín isotópico), cuando están separadas. las transformaciones no conmutan entre sí (un grupo de transformaciones no abelianas), resulta que es necesario introducir varias. campos de calibre. (Los múltiplos de campos de calibre correspondientes a simetrías locales no abelianas se denominan Campos de Young Mills.) En particular, para que sea isotópico. giro [a lo que el grupo local responde SU(2)] actuó como una constante de interacción, se necesitan tres campos de calibre con cargas 1 y 0 desde el siglo S. Están involucradas corrientes cargadas de pares de partículas. 
etc., entonces se cree que estos pares son dobletes del grupo isospin débil, es decir, el grupo SU(2). Invariancia de la teoría bajo transformaciones de grupos locales. S.U.(2) requiere, como se señaló, la existencia de un triplete de campos de calibre sin masa W+, W - , W 0, cuya fuente es el isospin débil (constante de interacción gramo). Por analogía con la interacción fuerte, en la que hipercarga Y partículas incluidas en el isotópico. multiplete, determinado por f-loy q = yo 3 + Y/2(Dónde yo 3- tercera proyección de isospin, una q- electrico carga), junto con un isospin débil, se introduce una hipercarga débil. Luego ahorrando electricidad. carga e isospin débil corresponde a la conservación de la hipercarga débil [grupo [ Ud.(1)]. Una hipercarga débil es una fuente de un campo de calibre neutral. B 0(interacción constante gramo"). Dos superposiciones lineales de campos mutuamente ortogonales B° Y O° describir el campo de fotones A y el campo del bosón Z: 
Dónde 
. Es la magnitud del ángulo la que determina la estructura de las corrientes neutras. También define la relación entre la constante gramo, que caracteriza la interacción de bosones con una corriente débil, y la constante mi, que caracteriza la interacción de un fotón con la electricidad. descarga eléctrica: 
Para que S. era de naturaleza de corto alcance, los bosones intermedios deberían ser masivos, mientras que los cuantos de los campos de calibre originales - 
- sin masa. Según la teoría estándar, la aparición de masa en los bosones intermedios se produce cuando simetría espontánea rompiendo SU(2) X U(1)antes U(1) em. Además, una de las superposiciones de campos B 0 Y W 0- fotón ( A) permanece sin masa, los bosones a y Z adquieren masas:
Experimentemos. Se dieron datos sobre corrientes neutras. 
. Las masas esperadas correspondieron a esto. W.- y bosones Z, respectivamente, y
Para detección W.- y los bosones Z fueron creados especialmente. instalaciones en las que estos bosones nacen en colisiones de haces de alta energía que chocan. La primera instalación entró en funcionamiento en 1981 en el CERN. En 1983, aparecieron informes sobre la detección en el CERN de los primeros casos del nacimiento de intermedio bosones vectoriales. Los datos de nacimiento se publicaron en 1989. W.- Y z-bosones en el colisionador estadounidense de protones-antiprotones, Tevatron, en el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (FNAL). K con. década de 1980 numero completo W.- y los bosones Z observados en los colisionadores protón-antiprotón del CERN y FNAL se cuentan por cientos.
En 1989, comenzaron a funcionar los colisionadores electrón-positroína LEP del CERN y SLC del Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC). Especialmente exitoso fue el trabajo de la LEP, donde a principios de 1991 se registraron más de medio millón de casos de creación y desintegración de bosones Z. El estudio de las desintegraciones del bosón Z ha demostrado que en la naturaleza no existen otros neutrinos, excepto los conocidos previamente. La masa del bosón Z se midió con gran precisión: t z = 91,173 0,020 GeV (la masa del bosón W se conoce con una precisión mucho peor: m w= 80.220.26GeV). Estudiar propiedades W.- y los bosones Z confirmaron la exactitud de la idea básica (calibre) de la teoría estándar de la interacción electrodébil. Sin embargo, para comprobar la teoría en su totalidad, también es necesario estudiar experimentalmente el mecanismo de ruptura espontánea de la simetría. Dentro de la teoría estándar, la fuente de la ruptura espontánea de la simetría 
es un campo escalar isodoublete especial que tiene un acción propia 
, Dónde - constante adimensional, y la constante h tiene la dimensión de masa 
. La energía de interacción mínima se logra con la energía más baja y, por tanto, con ella. estado - vacío - contiene un valor de campo de vacío distinto de cero. Si este mecanismo de ruptura de simetría realmente ocurre en la naturaleza, entonces debería haber bosones escalares elementales, los llamados. bosón de Higgs(Cuantos del campo de Higgs). Teoría estándar predice la existencia de al menos un bosón escalar(debe ser neutral). En versiones más complejas de la teoría hay varias. tales partículas, y algunas de ellas están cargadas (esto es posible). A diferencia de los bosones intermedios, la teoría no predice las masas de los bosones de Higgs.
La teoría de calibre de la interacción electrodébil es renormalizable: esto significa, en particular, que las amplitudes de las interacciones débiles y elmagnéticas. Los procesos se pueden calcular usando la teoría de la perturbación, y las correcciones más altas son pequeñas, como en la cuántica ordinaria (ver. Renormalizabilidad(Por el contrario, la teoría de los cuatro fermiones de la velocidad variable no es renormalizable y no es una teoría internamente consistente).
Hay teorías modelos Gran Unificación, en el que como grupo 
interacción electrodébil y el grupo SU(3)las interacciones fuertes son subgrupos de un solo grupo, caracterizados por una constante de interacción de calibre único. En aún más fondos. En los modelos, estas interacciones se combinan con las gravitacionales (las llamadas superunificación).
Iluminado.: En Ts. S., Moshkovsky S. A., Decaimiento Beta, trad. De inglés, M., 1970; Weinberg S., Teorías unificadas de interacción de partículas elementales, trad. Del inglés, UFN, 1976, vol 118, v. 3, pág. 505; Taylor J., Teorías de calibre de interacciones débiles, trad. Del inglés, M., 1978; En camino hacia una teoría de campo unificada. Se sentó. art., traducciones, M., 1980; Okun L. B., Leptones y quarks, 2ª ed., M., 1990. LB Okun.
Interacción débil
La interacción fuerte es de acción corta. Su rango de acción es de unos 10-13 cm.
Las partículas que participan en interacciones fuertes se denominan hadrones. En una sustancia estable ordinaria, no demasiado. alta temperatura La interacción fuerte no causa ningún proceso. Su función es crear un enlace fuerte entre los nucleones (protones y neutrones) en los núcleos. La energía de enlace tiene un promedio de aproximadamente 8 MeV por nucleón. Además, en colisiones de núcleos o nucleones con suficiente energia alta(del orden de cientos de MeV), una interacción fuerte conduce a numerosos reacciones nucleares: fisión de núcleos, transformación de unos núcleos en otros, etc.
A partir de energías de nucleones en colisión del orden de varios cientos de MeV, una fuerte interacción conduce a la producción de mesones P. A energías aún más altas, nacen mesones K e hiperones, y muchas resonancias de mesones y bariones (las resonancias son estados excitados de hadrones de corta duración).
Al mismo tiempo, resultó que no todas las partículas experimentan una interacción fuerte. Así, los protones y neutrones lo experimentan, pero los electrones, neutrinos y fotones no están sujetos a él. Por lo general, en las interacciones fuertes sólo participan partículas pesadas.
Ha sido difícil desarrollar una explicación teórica de la naturaleza de la interacción fuerte. Sólo a principios de la década de 1960 se produjo un gran avance, cuando se propuso el modelo de los quarks. En esta teoría, los neutrones y los protones no se consideran partículas elementales, sino como sistemas compuestos construidos a partir de quarks
Los cuantos de interacción fuerte son ocho gluones. Los gluones reciben su nombre de palabra inglesa pegamento (pegamento), porque son los responsables del confinamiento de los quarks. Las masas restantes de los gluones son cero. Al mismo tiempo, los gluones tienen una carga coloreada, por lo que son capaces de interactuar entre sí, como dicen, de autointeracción, lo que dificulta la descripción matemática de la interacción fuerte debido a su no linealidad.
Su rango de acción es inferior a 10-15 cm. La interacción débil es varios órdenes de magnitud más débil no sólo que la fuerte, sino también la electromagnética. Además, es mucho más fuerte que la fuerza gravitacional en el microcosmos.
El primer proceso descubierto y más común causado por interacciones débiles es desintegración B radiactiva núcleos.
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Este tipo de radiactividad fue descubierta en 1896 por A.A. Becquerelem. Durante el proceso de desintegración del electrón radiactivo /b - -/, uno de los neutrones / norte/ el núcleo atómico se convierte en un protón / R/ con emisión de electrones / mi-/ y antineutrino electrónico //:
n ® p + e-+
Durante el proceso de desintegración positrónica de /b + -/ se produce la siguiente transición:
p® n + e++
En la primera teoría de la desintegración b, creada en 1934 por E. Fermi, para explicar este fenómeno fue necesario introducir la hipótesis de la existencia tipo especial Fuerzas de corto alcance que causan la transición.
n ® p + e-+
Investigaciones posteriores demostraron que la interacción introducida por Fermi tiene un carácter universal.
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Provoca la desintegración de todas las partículas inestables, cuyas masas y las reglas de selección según números cuánticos no permita que se descompongan debido a una interacción fuerte o electromagnética. La interacción débil es inherente a todas las partículas excepto a los fotones. El tiempo característico de los procesos de interacción débil a energías del orden de 100 MeV es 13-14 órdenes de magnitud más largo que el tiempo característico de la interacción fuerte.
Los cuantos de interacción débil son tres bosones: bosones W +, W −, Z°-. Los superíndices indican signo carga eléctrica estos cuantos. Los cuantos de interacción débil tienen una masa significativa, lo que lleva al hecho de que la interacción débil se manifiesta a distancias muy cortas.
Hay que tener en cuenta que hoy ya en teoría unificada Se combinan interacciones débiles y electromagnéticas. Hay un numero esquemas teóricos, en el que se intenta crear una teoría unificada de todos los tipos de interacción. Sin embargo, estos esquemas aún no se han desarrollado lo suficiente como para probarlos experimentalmente.
26. Física estructural. Aproximación corpuscular a la descripción y explicación de la naturaleza. Reduccionismo
Los objetos de la física estructural son los elementos de la estructura de la materia (por ejemplo, Moléculas, átomos, partículas elementales.) y una formación más compleja de los mismos. Este:
1) plasma - es un gas en el que una porción importante de las moléculas o átomos están ionizados;
2) cristales- Este sólidos, en el que los átomos o moléculas están dispuestos de manera ordenada y forman un conjunto que se repite periódicamente estructura interna;
3) liquidos- Este estado de agregación sustancias, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ combina las características de un estado sólido (conservación del volumen, cierta resistencia a la tracción) y un estado gaseoso (variabilidad de forma).
El líquido se caracteriza por:
a) orden de corto alcance en la disposición de partículas (moléculas, átomos);
b) pequeña diferencia en la energía cinética del movimiento térmico y su energía potencial interacciones.
4) estrellas,ᴛ.ᴇ. bolas de gas (plasma) incandescentes.
Al seleccionar ecuaciones estructurales sustancias utilizan los siguientes criterios:
Dimensiones espaciales: las partículas del mismo nivel tienen dimensiones espaciales del mismo orden (por ejemplo, todos los átomos tienen dimensiones del orden de 10 -8 cm);
Tiempo de proceso: en un nivel es aproximadamente del mismo orden de magnitud;
Los objetos del mismo nivel constan de los mismos elementos (por ejemplo, todos los núcleos están formados por protones y neutrones);
Las leyes que explican los procesos en un nivel son cualitativamente diferentes de las leyes que explican los procesos en otro nivel;
Los objetos en diferentes niveles difieren en sus propiedades básicas (por ejemplo, todos los átomos son eléctricamente neutros y todos los núcleos tienen carga eléctrica positiva).
A medida que se descubren nuevos niveles de estructura y estados de la materia, el dominio de objetos de la física estructural se expande.
Es necesario tener en cuenta que a la hora de resolver específicas problemas físicos Las cuestiones relacionadas con el esclarecimiento de la estructura, la interacción y el movimiento están estrechamente entrelazadas.
En la raíz de la física estructural hay un enfoque corpuscular para describir y explicar la naturaleza.
Por primera vez, el concepto de átomo como última e indivisible partícula del cuerpo surgió en la Antigua Grecia en el marco de las enseñanzas filosóficas naturales de la escuela de Leucipo-Demócrito. Según esta visión, en el mundo sólo hay átomos que se mueven en el vacío. Los antiguos atomistas consideraban evidente la continuidad de la materia. Diferentes combinaciones de átomos forman diferentes cuerpos visibles. Esta hipótesis no se basó en datos experimentales. Ella fue simplemente una suposición brillante. Pero determinó todo durante muchos siglos más. mayor desarrollo Ciencias Naturales.
La hipótesis del átomo partículas indivisibles sustancias revivieron en las ciencias naturales, en particular en la física y la química, para explicar algunas leyes que se establecieron experimentalmente (por ejemplo, las leyes de Boyle-Mariotte y Gay-Lussac para los gases ideales, expansión térmica teléfono, etc.). De hecho, la ley de Boyle-Marriott establece que el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión, pero no explica por qué es así. Asimismo, cuando un cuerpo se calienta, su tamaño aumenta. Pero ¿a qué se debe esta expansión? En la teoría cinética de la materia, estos y otros patrones establecidos experimentalmente se explican con la ayuda de átomos y moléculas.
De hecho, la disminución directamente observada y medible de la presión del gas con un aumento de su volumen en la teoría cinética de la materia se explica como un aumento en el camino libre de sus átomos y moléculas constituyentes. Es como resultado de esto que aumenta el volumen ocupado por el gas. De manera similar, la expansión de los cuerpos cuando se calientan en la teoría cinética de la materia se explica por un aumento velocidad media moléculas en movimiento.
Explicaciones en las que se intenta reducir las propiedades de sustancias o cuerpos complejos a las propiedades de sus elementos o elementos más simples. componentes, llamado reduccionismo. Este método de análisis hizo posible resolver una gran clase de problemas en las ciencias naturales.
Hasta finales del siglo XIX. Se creía que un átomo es la partícula de materia más pequeña, indivisible y sin estructura. Al mismo tiempo, los descubrimientos del electrón y la radiactividad demostraron que esto no es así. surge modelo planetarioÁtomo de Rutherford. Luego es reemplazada por la modelo N. Bora. Pero como antes, el pensamiento de los físicos apunta a reducir toda la diversidad. propiedades complejas cuerpos y fenómenos naturales para propiedades simples un pequeño número de partículas primarias. Posteriormente, estas partículas fueron llamadas elemental. Ahora ellos numero total supera los 350. Por esta razón, es poco probable que todas estas partículas puedan considerarse verdaderamente elementales y no contengan otros elementos. Esta creencia se ve reforzada por la hipótesis de la existencia de quarks. Según él, las partículas elementales conocidas están formadas por partículas con cargas eléctricas fraccionarias. Se les llama quarks.
Según el tipo de interacción en la que participan las partículas elementales, todas ellas, excepto el fotón, se clasifican en dos grupos:
1) hadrones. Vale decir que se caracterizan por la presencia de una fuerte interacción. Además, también pueden participar en interacciones débiles y electromagnéticas;
2) leptones. Οʜᴎ participar solo en interacciones electromagnéticas y débiles;
Según su esperanza de vida se distinguen:
a) partículas elementales estables. Estos son el electrón, el fotón, el protón y el neutrino;
b) casi estable. Se trata de partículas que se desintegran debido a interacciones electromagnéticas y débiles. Por ejemplo, a + ® m ++;
c) inestable. Οʜᴎ decaimiento debido a una fuerte interacción, por ejemplo, neutrón.
Las cargas eléctricas de las partículas elementales son múltiplos de la carga más pequeña inherente al electrón. Al mismo tiempo, las partículas elementales se dividen en pares partícula-antipartícula, por ejemplo e - - e + (todas tienen las mismas características y los signos de la carga eléctrica son opuestos). Las partículas eléctricamente neutras también tienen antipartículas, por ejemplo, PAG -,- .
Entonces, concepto atomista Se basa en la idea de la estructura discreta de la materia. El enfoque atómico explica las propiedades de un objeto físico a partir de las propiedades de sus partículas más pequeñas, que en una determinada etapa de cognición se consideran indivisibles. Históricamente, estas partículas fueron reconocidas primero como átomos, luego como partículas elementales y ahora como quarks. La dificultad de este enfoque es la reducción completa de lo complejo a lo simple, sin tener en cuenta las diferencias cualitativas entre ellos.
Hasta finales del primer cuarto del siglo XX, la idea de la unidad de la estructura del macro y microcosmos se entendía mecanicistamente, como la completa identidad de las leyes y como la completa similitud de la estructura de ambos.
Las micropartículas se interpretaron como copias en miniatura de macrocuerpos, ᴛ.ᴇ. como bolas extremadamente pequeñas (corpúsculos) que se mueven en órbitas precisas que son completamente similares a las órbitas planetarias, con la única diferencia de que cuerpos celestiales están unidas por fuerzas de interacción gravitacional y las micropartículas por fuerzas de interacción eléctrica.
Tras el descubrimiento del electrón (Thomson, 1897 ᴦ.), la creación de la teoría cuántica (Planck, 1900 ᴦ.), la introducción del concepto de fotón (Einstein, 1905 ᴦ.), se adquirió la doctrina atómica. nuevo personaje.
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La idea de discreción se extendió al campo de los fenómenos eléctricos y luminosos, al concepto de energía (en el siglo XIX, la doctrina de la energía sirvió como esfera de ideas sobre valores continuos y funciones estatales). La característica más importante de la modernidad. doctrina atómica constituye el atomismo de la acción. Se debe al hecho de que el movimiento, las propiedades y los estados de varios microobjetos se pueden cuantificar, ᴛ.ᴇ. se expresan en forma de cantidades y proporciones discretas. El nuevo atomismo reconoce estabilidad relativa cada tipo discreto de materia, su certeza cualitativa, su relativa indivisibilidad e intransformabilidad dentro de los límites conocidos de los fenómenos naturales. Por ejemplo, ser divisible por algunos por medios fisicos, el átomo es indivisible químicamente, ᴛ.ᴇ. en los procesos químicos se comporta como algo completo, indivisible. La molécula, al ser divisible químicamente en átomos, en movimiento térmico (hasta límites conocidos) se comporta como un todo, indivisible, etc.
Particularmente importante en el concepto de nuevo atomismo es el reconocimiento de la interconvertibilidad de cualquier tipo discreto de materia.
Niveles diferentes organización estructural realidad fisica(quarks, micropartículas, núcleos, átomos, moléculas, macrocuerpos, megasistemas) tienen sus propias características específicas. leyes fisicas. Pero no importa cuán diferentes sean los fenómenos que se estudian de los fenómenos que se estudian física clásica, todos los datos experimentales deben describirse utilizando conceptos clásicos. Existe una diferencia fundamental entre la descripción del comportamiento del microobjeto en estudio y la descripción de la acción de los instrumentos de medición. Esto se debe a que, en principio, la acción de los instrumentos de medida debe describirse en un lenguaje física clásica, y el objeto que se está estudiando puede no estar descrito en este idioma.
Enfoque corpuscular de la explicación. fenomeno fisico y procesos siempre se ha combinado con el enfoque del continuo desde el surgimiento de la física de interacción. Se expresó en el concepto de campo y la divulgación de su papel en interacción física. Representación del campo como un flujo de cierto tipo de partículas ( Teoría cuántica campos) y atribución a cualquier objeto físico propiedades de las olas(La hipótesis de Louis de Broglie) reunió estos dos enfoques para el análisis de los fenómenos físicos.
Interacción débil: concepto y tipos. Clasificación y características de la categoría "Interacción débil" 2017, 2018.
