Вектор бозонууд нь сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч юм В + , В- ба З 0 . Энэ тохиолдолд цэнэгтэй сул гүйдэл ба төвийг сахисан сул гүйдлийн харилцан үйлчлэлийг хооронд нь ялгадаг. Цэнэглэгдсэн гүйдлийн харилцан үйлчлэл (цэнэглэгдсэн бозоны оролцоотойгоор). В± ) нь бөөмийн цэнэгийн өөрчлөлт, зарим лептон ба кваркуудыг өөр лептон, кварк болгон хувиргахад хүргэдэг. Төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэл (төвийг сахисан бозоны оролцоотойгоор). З 0) бөөмсийн цэнэгийг өөрчилдөггүй бөгөөд лептон ба кваркуудыг ижил бөөмс болгон хувиргадаг.
Нэвтэрхий толь бичиг YouTube
-
1 / 5
Паули таамаглалыг ашиглан Энрико Ферми 1933 онд бета задралын анхны онолыг боловсруулсан. Сонирхолтой нь тэд түүний бүтээлийг сэтгүүлд нийтлэхээс татгалзсан байна Байгаль, нийтлэлийн хэт хийсвэр байдлыг иш татсан. Фермигийн онол нь тухайн үед фотон ялгаруулах, шингээх процесст хэрэглэж байсантай адил хоёрдогч квантчлалын аргыг ашиглахад суурилдаг. Бүтээлд гарсан санаануудын нэг нь атомаас нисч буй бөөмсүүд анх түүнд агуулаагүй, харилцан үйлчлэлийн явцад үүссэн гэсэн мэдэгдэл байв.
Толин тусгалын хувьд байгалийн хуулиуд тэгш хэмтэй байдаг, өөрөөр хэлбэл аливаа туршилтын үр дүн нь толин тусгал тэгш хэмтэй суурилуулалт дээр хийсэн туршилтын үр дүнтэй ижил байх ёстой гэж удаан хугацааны туршид үздэг байв. Энэ тэгш хэм нь орон зайн урвуу байдалтай харьцангуй юм (үүнийг ихэвчлэн гэж тэмдэглэдэг П) нь паритетыг хадгалах хуультай холбоотой. Гэсэн хэдий ч 1956 онд К-мезонуудын задралын үйл явцыг онолын хувьд авч үзэхэд Ян Жэннин, Ли Зонгдао нар сул харилцан үйлчлэл нь энэ хуульд захирагдахгүй байж магадгүй гэж үзсэн. Аль хэдийн 1957 онд Ву Жиансоны бүлэг β задралын туршилтаар энэ таамаглалыг баталж, Ян, Ли нарыг 1957 онд физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртжээ. Хожим нь мюон болон бусад бөөмсийн задралд ижил баримт нотлогдсон.
Туршилтын шинэ баримтуудыг тайлбарлахын тулд 1957 онд Мюррей Гелл-Манн, Ричард Фейнман, Роберт Маршак, Жорж Сударшан нар дөрвөн фермионы сул харилцан үйлчлэлийн бүх нийтийн онолыг боловсруулсан. В − А- онолууд.
Харилцааны хамгийн дээд тэгш хэмийг хадгалахын тулд 1957 онд Л.Д.Ландау П- сул харилцан үйлчлэлд тэгш хэм эвдэрсэн, тэдгээрт хосолсон тэгш хэмийг хадгалах ёстой C.P.- толины тусгал, бөөмсийг эсрэг бөөмсөөр солих хослол. Гэсэн хэдий ч 1964 онд Жеймс Кронин, Вал Фитч нар төвийг сахисан каонуудын задралд сул зөрчил илрүүлжээ. C.P.- паритет. Сул харилцан үйлчлэл нь мөн энэ зөрчлийг хариуцаж, тэр үед мэдэгдэж байсан кварк ба лептонуудын хоёр үеээс гадна дор хаяж нэг үе байх ёстой гэж таамаглаж байсан. Энэ таамаг анх 1975 онд тау лептон, дараа нь 1977 онд б кварк нээгдсэнээр батлагдсан. Кронин, Фитч нар 1980 онд физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.
Үл хөдлөх хөрөнгө
Бүх үндсэн фермионууд (лептон ба кваркууд) сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Энэ бол нейтриногийн оролцдог цорын ганц харилцан үйлчлэл юм (лабораторийн нөхцөлд таталцлын хүчийг эс тооцвол) нь эдгээр бөөмсийн асар их нэвтрэх хүчийг тайлбарладаг. Сул харилцан үйлчлэл нь лептонууд, кваркууд ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийг энерги, масс, цахилгаан цэнэг, квант тоо солилцох боломжийг олгодог - өөрөөр хэлбэл бие биенээ хувиргадаг.
Сул харилцан үйлчлэл нь түүний шинж чанарын эрчим нь цахилгаан соронзонгийнхоос хамаагүй бага байдаг тул нэрээ авсан. Энгийн бөөмийн физикт харилцан үйлчлэлийн эрчмийг ихэвчлэн энэхүү харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн үйл явцын хурдаар тодорхойлдог. Үйл явц хурдан явагдах тусам харилцан үйлчлэлийн эрч хүч өндөр болно. 1 ГэВ-ийн дарааллын харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн энергийн үед сул харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсэх процессын хурд нь ойролцоогоор 10-10 секунд байдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзон процессуудаас ойролцоогоор 11 дахин их, өөрөөр хэлбэл сул процессууд нь маш удаан процессууд юм. .
Харилцааны эрчмийн өөр нэг шинж чанар бол бодис дахь бөөмсийн чөлөөт зам юм. Тиймээс хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас нисч буй адроныг зогсоохын тулд хэдэн см зузаантай төмөр хавтан хэрэгтэй болно. Зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд оролцдог нейтрино хэдэн тэрбум километр зузаантай хавтангаар нисч чаддаг.
Бусад зүйлсийн дотор сул харилцан үйлчлэл нь маш бага үйл ажиллагааны хүрээтэй байдаг - ойролцоогоор 2·10 -18 м (энэ нь цөмийн хэмжээнээс ойролцоогоор 1000 дахин бага). Энэ шалтгааны улмаас сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс хамаагүй илүү хүчтэй, радиус нь хязгааргүй боловч мэдэгдэхүйц бага үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, 10−10 м-ийн зайд байрладаг цөмийн хувьд ч гэсэн сул харилцан үйлчлэл нь зөвхөн цахилгаан соронзон төдийгүй таталцлын нөлөөнөөс сул байдаг.
Энэ тохиолдолд сул үйл явцын эрч хүч нь харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн энергиээс ихээхэн хамаардаг. Эрчим хүч өндөр байх тусам эрчимжилт өндөр болно. Жишээлбэл, сул харилцан үйлчлэлийн улмаас нейтрон, бета задралын үед ялгарах энерги нь ойролцоогоор 0.8 МэВ, ойролцоогоор 10 3 секундын дотор задрах ба Λ-гиперон нь ойролцоогоор зуу дахин их энерги ялгаруулдаг. аль хэдийн 10-10 секундын дотор. Эрчим хүчний нейтриногийн хувьд ч мөн адил: 100 ГэВ энергитэй нейтриногийн нуклонтой харилцан үйлчлэх хөндлөн огтлол нь ойролцоогоор 1 МэВ энергитэй нейтриногийнхоос 6 дахин их байна. Гэсэн хэдий ч хэдэн зуун GeV дарааллын энергийн үед (мөргөлдөг бөөмсийн массын төвийн хүрээнд) сул харилцан үйлчлэлийн эрч хүчийг цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн энергитэй харьцуулж болох бөгөөд үүний үр дүнд тэдгээрийг дүрсэлж болно. цахилгаан сул харилцан үйлчлэл гэж нэгдсэн байдлаар .
Сул харилцан үйлчлэл нь паритетыг хадгалах хууль хангагдаагүй цорын ганц үндсэн харилцан үйлчлэл бөгөөд энэ нь системийг толин тусгал болгох үед сул үйл явцыг зохицуулдаг хуулиуд өөрчлөгддөг гэсэн үг юм. Паритетыг хадгалах хуулийг зөрчих нь зөвхөн зүүн гарт бөөмс (эргэлт нь импульсийн эсрэг чиглэсэн), харин баруун гарт биш (эргэлт нь импульстэй нийцдэг) сул харилцан үйлчлэлд өртөхөд хүргэдэг. , ба эсрэгээр: баруун гартай эсрэг бөөмс сул харилцан үйлчилдэг, харин зүүн гартай нь идэвхгүй байдаг.
Орон зайн паритетаас гадна сул харилцан үйлчлэл нь орон зай цэнэгийн хосолсон паритетыг хадгалахгүй, өөрөөр хэлбэл цорын ганц мэдэгдэж буй харилцан үйлчлэл нь зарчмыг зөрчиж байна. C.P.- өөрчлөгдөөгүй байдал.
Онолын тайлбар
Фермигийн онол
Сул харилцан үйлчлэлийн анхны онолыг 1930-аад онд Энрико-Ферми боловсруулсан. Түүний онол нь β задралын үйл явц ба фотоны ялгаралтын цахилгаан соронзон үйл явцын албан ёсны зүйрлэл дээр суурилдаг. Фермигийн онол нь адрон ба лептоны гүйдэл гэж нэрлэгддэг харилцан үйлчлэл дээр суурилдаг. Түүнээс гадна цахилгаан соронзоноос ялгаатай нь тэдгээрийн харилцан үйлчлэл нь контактын шинж чанартай бөгөөд фотонтой төстэй тээвэрлэгч байгаа гэсэн үг биш юм. Орчин үеийн тэмдэглэгээнд дөрвөн үндсэн фермионы (протон, нейтрон, электрон ба нейтрино) хоорондын харилцан үйлчлэлийн хэлбэрийг оператор дүрсэлсэн байдаг.
G F 2 p ¯ ^ n ^ ⋅ e ¯ ^ ν ^ (\displaystyle (\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\малгай (\overline (p))))(\малгай (n) )\cdot (\hat (\overline (e)))(\малгай (\nu ))),Хаана G F (\displaystyle G_(F))- ойролцоогоор 10 −48 Ж/м³-тэй тэнцүү тооны хувьд Ферми тогтмол гэгддэг. 10 − 5 / m p 2 (\displaystyle 10^(-5)/m_(p)^(2)) (m p (\displaystyle m_(p))- протоны масс) нэгжийн системд, хаана ℏ = c = 1 (\displaystyle \hbar =c=1); p ¯ ^ (\ displaystyle (\ малгай (\ overline (p)))- протон үүсгэх оператор (эсвэл антипротоныг устгах), n ^ (\ displaystyle (\ малгай (n)))- нейтрон устгах оператор (антинейтроны төрөлт), e ¯ ^ (\ displaystyle (\ малгай (\ overline (e))))- электрон үүсгэх оператор (позитроныг устгах), ν ^ (\ displaystyle (\ малгай (\ nu )))- нейтрино устгах оператор (антинейтрино төрөлт).
Ажил p ¯ ^ n ^ (\displaystyle (\малгай (\overline (p)))(\малгай (n))), нейтроныг протон руу шилжүүлэх үүрэгтэй, нуклон гүйдэл гэж нэрлэдэг ба e ¯ ^ ν ^ , (\displaystyle (\малгай (\overline (e)))(\малгай (\nu )),)электроныг нейтрино-лептон болгон хувиргах. Цахилгаан соронзон гүйдэлтэй төстэй эдгээр гүйдэл нь 4 вектортой гэж үздэг p ¯ ^ γ μ n ^ (\displaystyle (\малгай (\overline (p)))\гамма _(\mu )(\малгай (n)))Тэгээд e ¯ ^ γ μ ν ^ (\displaystyle (\малгай (\overline (e)))\гамма _(\му )(\малгай (\nu ))) (γ μ , μ = 0 … 3 (\displaystyle \гамма _(\mu ),~\mu =0\цэг 3)- Дирак матрицууд). Тиймээс тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг вектор гэж нэрлэдэг.
Ферми ба цахилгаан соронзон гүйдлийн сул гүйдлийн хоорондох мэдэгдэхүйц ялгаа нь бөөмсийн цэнэгийг өөрчилдөг: эерэг цэнэгтэй протон нь төвийг сахисан нейтрон, сөрөг цэнэгтэй электрон нь саармаг нейтрино болдог. Үүнтэй холбогдуулан эдгээр гүйдлийг цэнэглэгдсэн гүйдэл гэж нэрлэдэг.
Universal V-A онол
Сул харилцан үйлчлэлийн бүх нийтийн онол, мөн гэж нэрлэдэг V−A-онолыг 1957 онд М.Гелл-Манн, Р.Фейнман, Р.Маршак, Ж.Сударшан нар дэвшүүлсэн. Энэ онол нь саяхан батлагдсан паритет зөрчсөн баримтыг харгалзан үзсэн ( П-тэгш хэм) сул харилцан үйлчлэлтэй. Энэ зорилгоор сул гүйдлийг вектор гүйдлийн нийлбэрээр дүрсэлсэн Вба тэнхлэгийн А(иймээс онолын нэр).
Вектор ба тэнхлэгийн гүйдэл нь Лоренцын хувиргалт дээр яг адилхан ажилладаг. Гэсэн хэдий ч орон зайн урвуу байдлын үед тэдний зан байдал өөр өөр байдаг: ийм хувиргалт хийх үед вектор гүйдэл өөрчлөгдөөгүй хэвээр байгаа боловч тэнхлэгийн гүйдэл нь тэмдгийг өөрчилдөг бөгөөд энэ нь паритетыг зөрчихөд хүргэдэг. Үүнээс гадна гүйдэл ВТэгээд Ацэнэгийн паритет гэж нэрлэгддэг ялгаатай (зөрчил C- тэгш хэм).
Үүний нэгэн адил адроник гүйдэл нь бүх үеийн кварк гүйдлийн нийлбэр юм ( у- дээд, г- доод, в- илбэдсэн, с- хачин, т- үнэн, б- хөөрхөн кваркууд):
u ¯ ^ d ′ ^ + c ¯ ^ s ′ ^ + t ¯ ^ b ′ ^ . (\ displaystyle (\ малгай (\ overline (у))))(\ малгай (d^(\prime)))+(\малгай (\overline (c)))(\малгай (s^(\prime ))) +(\hat (\overline (t)))(\малгай (b^(\prime ))).)Гэхдээ лептон гүйдлээс ялгаатай нь энд операторууд d ′ ^ , (\displaystyle (\малгай (d^(\prime ))),) s ′ ^ (\displaystyle (\малгай (s^(\prime ))))Тэгээд b ′ ^ (\displaystyle (\малгай (b^(\prime))))операторуудын шугаман хослолыг илэрхийлнэ d ^ , (\displaystyle (\малгай (d)),) s ^ (\ displaystyle (\ малгай (s)))Тэгээд b ^ , (\displaystyle (\малгай (b)),)өөрөөр хэлбэл адроник гүйдэл нь нийт гурав биш есөн гишүүнийг агуулна. Эдгээр нэр томъёог Кабиббо - Кобаяши - Маскава матриц гэж нэрлэдэг нэг 3х3 матрицад нэгтгэж болно. Энэ матрицыг гурван өнцөг болон фазын хүчин зүйлээр параметрчилж болно. Сүүлийнх нь зөрчлийн зэргийг тодорхойлдог C.P.- сул харилцан үйлчлэлд өөрчлөгддөггүй.
Цэнэглэгдсэн гүйдлийн бүх нөхцөл нь нэгтэй тэнцүү хүчин зүйлүүдтэй вектор ба тэнхлэгийн операторуудын нийлбэр юм.
L = G F 2 j w ^ j w † ^ , (\displaystyle (\маткал (L))=(\frac (G_(F))(\sqrt (2)))(\малгай (j_(w))))(\ малгай (j_(w)^(\чинжаал ))),)Хаана j w ^ (\ displaystyle (\ малгай (j_(w))))цэнэглэгдсэн одоогийн оператор бөгөөд j w † ^ (\displaystyle (\малгай (j_(w)^(\ чинжаал)))- түүнтэй нэгдэх (солих замаар олж авсан e ¯ ^ ν e ^ → ν e ¯ ^ e ^ , (\displaystyle (\малгай (\overline (e)))(\малгай (\nu _(e)))\баруун сум (\малгай (\overline (\) nu_(e))))(\малгай (д)),) u ¯ ^ d ^ → d ¯ ^ у ^ (\ displaystyle (\ малгай (\ overline (u))) (\ малгай (d)) \ баруун сум (\ малгай (\ overline (d))) (\ малгай (у) )))гэх мэт)
Вайнберг-Саламын онол
Орчин үеийн хэлбэрээр сул харилцан үйлчлэлийг Вайнберг-Салам онолын хүрээнд нэг цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн нэг хэсэг гэж тодорхойлдог. Энэ бол хэмжигч бүлэгтэй квант талбайн онол юм С.У.(2)× У(1) ба Хиггс бозоны талбайн үйлчлэлээр үүссэн вакуум төлөвийн аяндаа эвдэрсэн тэгш хэм. Мартинус Велтман, Жерард 'т Хуфт нар ийм загварыг дахин хэвийн болгох боломжтой гэдгийг нотлоход 1999 онд Физикийн Нобелийн шагнал хүртжээ.
Энэ хэлбэрээр сул харилцан үйлчлэлийн онолыг орчин үеийн Стандарт загварт оруулсан бөгөөд энэ нь тэгш хэмийг эвддэг цорын ганц харилцан үйлчлэл юм. ПТэгээд C.P. .
Цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онолын дагуу сул харилцан үйлчлэл нь контакт биш, харин өөрийн тээгч - вектор бозонуудтай байдаг. В + , В- ба З 0 тэгээс өөр масс ба спирал нь 1-тэй тэнцүү байна. Эдгээр бозонуудын масс нь 90 ГеВ/c² орчим байдаг нь сул хүчний үйлчлэлийн жижиг радиусыг тодорхойлдог.
Үүний зэрэгцээ, цэнэглэгдсэн бозонууд В± нь цэнэгтэй гүйдлийн харилцан үйлчлэл, саармаг бозоны оршин тогтнох үүрэгтэй З 0 гэдэг нь мөн саармаг гүйдэл байгаа гэсэн үг. Ийм урсгалыг үнэхээр туршилтаар илрүүлсэн. Тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн жишээ бол, ялангуяа нейтрино нь протоноор уян харимхай тархалт юм. Ийм харилцан үйлчлэлийн үед бөөмсийн гадаад байдал, тэдгээрийн цэнэг хоёулаа хадгалагдана.
Төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлохын тулд Лагранжийг хэлбэрийн нэр томъёогоор нэмж оруулах шаардлагатай.
L = G F ρ 2 2 f 0 ^ f 0 ^ , (\displaystyle (\маткал (L))=(\frac (G_(F)\rho )(2(\sqrt (2))))(\малгай ( f_(0)))(\малгай (f_(0))),)Энд ρ нь стандарт онолын нэгдэлтэй тэнцүү хэмжээсгүй параметр (туршилтаар энэ нь нэгдмэл байдлаас 1% -иас ихгүй ялгаатай), f 0 ^ = ν e ¯ ^ ν e ^ + ⋯ + e ¯ ^ e ^ + ⋯ + u ¯ ^ u ^ + … (\displaystyle (\малгай (f_(0))))=(\малгай (\overline () \nu _(e))))(\hat (\nu _(e)))+\dots +(\hat (\overline (e)))(\hat (e))+\dots +(\малгай (\overline (u))))(\hat (u))+\dots )- өөрөө залгах саармаг гүйдлийн оператор.
Цэнэглэгдсэн гүйдлээс ялгаатай нь төвийг сахисан гүйдлийн оператор нь диагональ хэлбэртэй, өөрөөр хэлбэл бөөмсийг өөр лептон эсвэл кварк руу шилжүүлдэггүй. Төвийг сахисан гүйдлийн операторын нөхцөл бүр нь үржүүлэгчтэй вектор оператор ба үржүүлэгчтэй тэнхлэгийн операторын нийлбэр юм. I 3 − 2 Q sin 2 θ w (\displaystyle I_(3)-2Q\sin ^(2)\theta _(w)), Хаана I 3 (\displaystyle I_(3))- сул гэгдэх гурав дахь төсөөлөл
Сул хүч бол орчлон ертөнцийн бүх бодисыг удирддаг дөрвөн үндсэн хүчний нэг юм. Үлдсэн гурав нь таталцал, цахилгаан соронзон ба хүчтэй хүч юм. Бусад хүчнүүд юмыг хамтад нь барьж байхад сул хүч нь салгахад том үүрэг гүйцэтгэдэг.
Сул хүч нь таталцлаас хүчтэй боловч маш бага зайд л үр дүнтэй байдаг. Хүч нь атомын доорх түвшинд ажилладаг бөгөөд оддыг тэжээх, элементүүдийг бий болгоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь мөн орчлон ертөнцийн ихэнх байгалийн цацрагийг хариуцдаг.
Фермигийн онол
Италийн физикч Энрико Ферми 1933 онд бета задрал буюу нейтрон протон болж хувирах, электроныг солих үйл явцыг тайлбарлах онолыг боловсруулсан бөгөөд энэ хүрээнд ихэвчлэн бета бөөмс гэж нэрлэдэг. Тэрээр нейтроныг протон, нейтрино, электрон болгон хувиргах үндсэн үйл явц болох задралыг хариуцдаг сул хүч гэж нэрлэгддэг шинэ төрлийн хүчийг тодорхойлсон бөгөөд үүнийг хожим антинейтрино гэж тодорхойлсон.
Ферми анхнаасаа тэг зай, тэг нэгдэл гэж таамаглаж байсан. Хүч ажиллахын тулд хоёр бөөмс хүрэх ёстой байв. Үүнээс хойш сул хүч нь үнэндээ протоны диаметрийн 0.1% -тай тэнцэхүйц маш богино зайд илэрдэг хүч болохыг олж мэдсэн.
Цахилгаан гүйлтийн хүч
Устөрөгчийг нэгтгэх эхний алхам бол хоёр протоны цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн улмаас харилцан түлхэлтийг даван туулах хангалттай хүчээр мөргөлдөх явдал юм.
Хэрэв хоёр бөөмсийг бие биентэйгээ ойрхон байрлуулсан бол хүчтэй хүч тэднийг хооронд нь холбож болно. Энэ нь тогтворгүй хэлбэрийн гелий (2 He) үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хоёр протонтой цөмтэй, харин хоёр нейтрон, хоёр протонтой тогтвортой хэлбэрээс (4 He) ялгаатай.
Дараагийн шатанд сул харилцан үйлчлэл гарч ирдэг. Хэт их протоны улмаас тэдгээрийн нэг нь бета задралд ордог. Үүний дараа 3He-ийн завсрын үүсэх, нэгдэх зэрэг бусад урвалууд эцэстээ тогтвортой 4He үүсгэдэг.
ОХУ-ын БОЛОВСРОЛ, ШИНЖЛЭХ УХААНЫ ЯАМ
Холбооны улсын төсвийн боловсролын байгууллага
дээд мэргэжлийн боловсрол
"В. И. Ульяновын нэрэмжит "ЛЕТИ" Санкт-Петербург улсын цахилгаан техникийн их сургууль (Ленин)"
(SPbGETU)
Эдийн засаг, менежментийн факультет
Физикийн тэнхим
"Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлал" сэдвээр
"Сул харилцан үйлчлэл" сэдвээр
Шалгасан:
Альтмарк Александр Моисеевич
Гүйцэтгэсэн:
оюутан гр. 3603
Колисецкая Мария Владимировна
Санкт-Петербург
1. Сул харилцан үйлчлэл нь үндсэн дөрвөн харилцан үйлчлэлийн нэг юм
Судалгааны түүх
Байгаль дахь үүрэг
Сул хүч нь үндсэн дөрвөн хүчний нэг юм
Сул хүч буюу сул цөмийн хүч нь үндсэн дөрвөн хүчний нэг юм
Сул харилцан үйлчлэл нь богино зайд байдаг - энэ нь атомын цөмийн хэмжээнээс хамаагүй бага зайд илэрдэг.
Вектор бозонууд нь сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч юм
Атомын цөмийн задралын үед анх удаа сул харилцан үйлчлэл ажиглагдсан. Эдгээр задралууд нь цөм дэх протоныг нейтрон болгон хувиргахтай холбоотой бөгөөд эсрэгээр нь:
R? n + e+ + ?e, n ? p + e- + e,
Энд n нь нейтрон, p нь протон, e- электрон, ?e нь электрон антинейтрино.
Үндсэн хэсгүүдийг ихэвчлэн гурван бүлэгт хуваадаг.
) фотон; энэ бүлэг нь зөвхөн нэг бөөмөөс бүрддэг - фотон - цахилгаан соронзон цацрагийн квант;
) лептонууд (Грек хэлнээс "лептос" - гэрэл), зөвхөн цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Лептонуудад 1975 онд нээгдсэн электрон ба мюон нейтрино, электрон, мюон, хүнд лептон - ойролцоогоор 3487me масстай т-лептон буюу таон, түүнчлэн тэдгээрийн харгалзах эсрэг бөөмсүүд орно. Лептон гэж нэрлэсэн нь анхны мэдэгдэж байсан лептонуудын масс бусад бүх бөөмсийн массаас бага байсантай холбоотой юм. Лептонуудад мөн нууц нейтрино байдаг бөгөөд түүний оршин тогтнох нь саяхан тогтоогдсон;
) адрон (Грек "адрос" - том, хүчтэй). Адронууд нь цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Дээр дурдсан хэсгүүдээс протон, нейтрон, пион, каонууд орно.
Сул харилцан үйлчлэлийн шинж чанарууд
Сул харилцан үйлчлэл нь өвөрмөц шинж чанартай байдаг:
Бүх үндсэн фермионууд сул харилцан үйлчлэлд оролцдог
P үйлдэл нь дурын туйлын векторын тэмдгийг өөрчилдөг
Орон зайн урвуу үйл ажиллагаа нь системийг толин тусгал тэгш хэмтэй болгон хувиргадаг. Толин тусгал тэгш хэм нь хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн нөлөөн дор явагдах процессуудад ажиглагддаг. Эдгээр процессуудын толин тусгал тэгш хэм нь толин тусгал тэгш хэмтэй төлөвт шилжилтүүд ижил магадлалтайгаар явагддаг гэсэн үг юм.
Г.? Ян Жэннин, Ли Зонгдао нар физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Энгийн бөөмсийн салбарт чухал нээлт хийхэд хүргэсэн паритет гэж нэрлэгддэг хуулиудыг гүнзгийрүүлэн судалсных нь төлөө.
Орон зайн паритетаас гадна сул харилцан үйлчлэл нь орон зай цэнэгийн хосолсон паритетыг хадгалахгүй, өөрөөр хэлбэл цорын ганц мэдэгдэж буй харилцан үйлчлэл нь CP-ийн инвариантын зарчмыг зөрчиж байна.
Цэнэглэх тэгш хэм гэдэг нь бөөмстэй холбоотой ямар нэгэн процесс байгаа бол тэдгээрийг эсрэг бөөмсөөр (цэнэгийн нэгдэл) солиход процесс мөн оршин тогтнож, ижил магадлалаар явагдана гэсэн үг юм. Нейтрино ба антинейтринотой холбоотой процессуудад цэнэгийн тэгш хэм байхгүй. Байгальд зөвхөн зүүн гартай нейтрино ба баруун гартай антинейтрино л байдаг. Хэрэв эдгээр бөөмс бүр (тодорхой байдлын үүднээс бид электрон нейтрино? e ба антинейтрино е-ийг авч үзэх болно) цэнэгийн нэгдлийн үйл ажиллагаанд хамрагдвал тэдгээр нь лептоны тоо, спираль бүхий байхгүй объект болж хувирна.
Тиймээс сул харилцан үйлчлэлд P ба C-инварианц зэрэг зөрчигддөг. Гэсэн хэдий ч нейтрино (антинейтрино) дээр дараалсан хоёр үйлдлийг хийвэл яах вэ? P- ба C-хувиргах (үйл ажиллагааны дараалал чухал биш), дараа нь бид байгальд байдаг нейтрино дахин олж авдаг. Үйлдлийн дарааллыг (эсвэл урвуу дарааллаар) CP хувиргалт гэж нэрлэдэг. ?e ба e-ийн CP хувирлын (хосолсон урвуу) үр дүн дараах байдалтай байна.
Тиймээс нейтрино ба антинейтриногийн хувьд бөөмийг эсрэг бөөм болгон хувиргах ажиллагаа нь цэнэгийн нэгдэл биш харин CP хувирал юм.
Судалгааны түүх
Сул харилцан үйлчлэлийн судалгаа удаан хугацаанд үргэлжилсэн.
1896 онд Беккерел ураны давс нь нэвтрэн орох цацраг ялгаруулдаг болохыг олж мэдсэн (γ торийн задрал). Энэ нь сул харилцан үйлчлэлийг судлах эхлэл байсан юм.
1930 онд Паули задралын үед электрон (e)-ийн хамт гэрлийн саармаг хэсгүүд ялгардаг гэсэн таамаг дэвшүүлсэн. нейтрино (?). Мөн онд Ферми β задралын квант талбайн онолыг дэвшүүлсэн. Нейтроны (n) задрал нь хоёр гүйдлийн харилцан үйлчлэлийн үр дагавар юм: адрон гүйдэл нь нейтроныг протон (p) болгон хувиргадаг, лептоник гүйдэл нь электрон + нейтрино хос үүсгэдэг. 1956 онд Рейнс анх удаа er? ne+ цөмийн реакторын ойролцоо туршилтанд .Ли, Ян нар К+ мезонуудын задрал дахь парадоксыг тайлбарлав (? ~ ? нууцлаг)? 2 ба 3 пион болж задардаг. Энэ нь орон зайн паритетыг хадгалахгүй байхтай холбоотой юм. Цөмийн β задрал, мюон, пион, К-мезон, гиперонуудын задралд толины тэгш бус байдал илэрсэн.
1957 онд Гелл-Манн, Фейнман, Маршак, Сударшан нар адронуудын кваркийн бүтцэд суурилсан сул харилцан үйлчлэлийн бүх нийтийн онолыг дэвшүүлсэн. V-A онол гэж нэрлэгддэг энэхүү онол нь Фейнманы диаграммыг ашиглан сул харилцан үйлчлэлийг тайлбарлахад хүргэсэн. Үүний зэрэгцээ цоо шинэ үзэгдлүүдийг илрүүлсэн: CP-ийн өөрчлөгдөөгүй байдал ба төвийг сахисан гүйдлийн зөрчил.1960-аад онд Шелдон Ли Глашоу
1991-2001 онд LEP2 хурдасгуурт (CERN) Z0 бозоны задралын судалгаа хийгдсэн бөгөөд байгальд лептоны ?e, ?? гэсэн гурван үе л байдгийг харуулсан. Тэгээд??.
Байгаль дахь үүрэг
цөмийн харилцан үйлчлэл сул байна
Сул харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг хамгийн түгээмэл үйл явц бол цацраг идэвхт атомын цөмийн b задрал юм. Цацраг идэвхит үзэгдэл<#"justify">Ном зүй
1. Новожилов Ю.В. Элемент бөөмсийн онолын танилцуулга. М .: Наука, 1972
Okun B. Элементар бөөмсийн сул харилцан үйлчлэл. М.: Физматгиз, 1963 он
Сул хүч буюу сул цөмийн хүч нь байгалийн дөрвөн үндсэн хүчний нэг юм. Энэ нь ялангуяа цөмийн бета задралыг хариуцдаг. Цөмийн физикт чухал ач холбогдолтой бусад хоёр харилцан үйлчлэл (хүчтэй ба цахилгаан соронзон) нь илүү эрчимтэй байдаг тул энэ харилцан үйлчлэлийг сул гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь таталцлын үндсэн харилцан үйлчлэлийн дөрөв дэхээс хамаагүй хүчтэй юм. Сул харилцан үйлчлэлийн хүч нь бөөмсийг бие биентэйгээ ойр байлгахад хангалтгүй (жишээ нь, холбогдсон төлөвийг бий болгох). Энэ нь зөвхөн бөөмсийн задрал, харилцан өөрчлөлтийн үед л илэрч болно.
Сул харилцан үйлчлэл нь богино зайд байдаг - энэ нь атомын цөмийн хэмжээнээс хамаагүй бага зайд илэрдэг (харилцааны шинж чанарын радиус нь 2 · 10?18 м).
Сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид нь вектор бозонууд ба. Энэ тохиолдолд цэнэгтэй сул гүйдэл ба төвийг сахисан сул гүйдлийн харилцан үйлчлэлийг хооронд нь ялгадаг. Цэнэглэгдсэн гүйдлийн харилцан үйлчлэл (цэнэглэгдсэн бозонуудын оролцоотойгоор) нь бөөмийн цэнэгийн өөрчлөлт, зарим лептон ба кваркуудыг бусад лептон, кварк болгон хувиргахад хүргэдэг. Төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэл (саармаг бозоны оролцоотойгоор) нь бөөмсийн цэнэгийг өөрчлөхгүй бөгөөд лептон ба кваркуудыг ижил бөөмс болгон хувиргадаг.
Атомын цөмийн β задралын үед анх удаа сул харилцан үйлчлэл ажиглагдсан. Эдгээр задралууд нь цөм дэх протоныг нейтрон болгон хувиргахтай холбоотой бөгөөд эсрэгээр нь:
p > n + e+ + үгүй, n > p + e- + e,
Энд n нь нейтрон, p нь протон, e- электрон, n?e нь электрон антинейтрино.
Үндсэн хэсгүүдийг ихэвчлэн гурван бүлэгт хуваадаг.
1) фотон; энэ бүлэг нь зөвхөн нэг бөөмөөс бүрддэг - фотон - цахилгаан соронзон цацрагийн квант;
2) лептонууд (Грек хэлнээс "лептос" - гэрэл), зөвхөн цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Лептонуудад 1975 онд нээсэн электрон ба мюон нейтрино, электрон, мюон, хүнд лептон - ойролцоогоор 3487м масстай лептон буюу таон, түүнчлэн тэдгээрийн харгалзах эсрэг бөөмс орно. Лептон гэж нэрлэсэн нь анхны мэдэгдэж байсан лептонуудын масс бусад бүх бөөмсийн массаас бага байсантай холбоотой юм. Лептонуудад мөн нууц нейтрино байдаг бөгөөд түүний оршин тогтнох нь саяхан тогтоогдсон;
3) адрон (Грек хэлнээс "адрос" - том, хүчтэй). Адронууд нь цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлтэй байдаг. Дээр дурдсан хэсгүүдээс протон, нейтрон, пион, каонууд орно.
Сул харилцан үйлчлэлийн шинж чанарууд
Сул харилцан үйлчлэл нь өвөрмөц шинж чанартай байдаг:
1. Бүх үндсэн фермионууд (лептон ба кваркууд) сул харилцан үйлчлэлд оролцдог. Фермионууд (Италийн физикч Э.Фермигийн нэрнээс) нь энгийн бөөмс, атомын цөм, өөрийн өнцгийн импульсийн хагас бүхэл утгатай атомууд юм. Фермионуудын жишээ: кваркууд (тэдгээр нь протон ба нейтрон үүсгэдэг бөгөөд эдгээр нь бас фермионууд байдаг), лептонууд (электронууд, мюонууд, тау лептонууд, нейтриноууд). Энэ бол нейтриногийн оролцдог цорын ганц харилцан үйлчлэл юм (лабораторийн нөхцөлд таталцлын хүчийг эс тооцвол) нь эдгээр бөөмсийн асар их нэвтрэх хүчийг тайлбарладаг. Сул харилцан үйлчлэл нь лептонууд, кваркууд ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийг энерги, масс, цахилгаан цэнэг, квант тоо солилцох боломжийг олгодог - өөрөөр хэлбэл бие биенээ хувиргадаг.
2. Сул харилцан үйлчлэл нь түүний шинж чанарын эрчим нь цахилгаан соронзонгийнхоос хамаагүй бага байдаг тул энэ нэрийг авсан. Энгийн бөөмийн физикт харилцан үйлчлэлийн эрчмийг ихэвчлэн энэхүү харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн үйл явцын хурдаар тодорхойлдог. Үйл явц хурдан явагдах тусам харилцан үйлчлэлийн эрч хүч өндөр болно. 1 ГэВ-ийн дарааллын харилцан үйлчлэлийн хэсгүүдийн энергийн үед сул харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсэх процессын шинж чанарын хурд нь ойролцоогоор 10 × 10 сек байдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзон процессуудаас ойролцоогоор 11 дахин их, өөрөөр хэлбэл сул процессууд нь маш удаан процессууд юм. .
3. Харилцан үйлчлэлийн эрчмийн өөр нэг шинж чанар нь бодис дахь бөөмсийн дундаж чөлөөт зам юм. Тиймээс хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас нисч буй адроныг зогсоохын тулд хэдэн см зузаантай төмөр хавтан шаардлагатай. Үүний зэрэгцээ зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд оролцдог нейтрино хэдэн тэрбум километр зузаантай хавтангаар нисч чаддаг.
4. Сул харилцан үйлчлэл нь маш бага үйл ажиллагааны хүрээтэй - ойролцоогоор 2·10-18 м (энэ нь цөмийн хэмжээнээс ойролцоогоор 1000 дахин бага). Энэ шалтгааны улмаас сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс хамаагүй илүү хүчтэй боловч радиус нь хязгаарлагдмал биш боловч мэдэгдэхүйц бага үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, 10-10 м-ийн зайд байрлах цөмүүдийн хувьд ч гэсэн сул харилцан үйлчлэл нь зөвхөн цахилгаан соронзон төдийгүй таталцлын хүчнээс сул байдаг.
5. Сул үйл явцын эрч хүч нь харилцан үйлчлэгч бөөмсийн энергиээс ихээхэн хамаардаг. Эрчим хүч өндөр байх тусам эрчимжилт өндөр болно. Жишээлбэл, сул харилцан үйлчлэлийн улмаас амрах энерги нь ойролцоогоор 1 ГэВ байдаг нейтрон 103 секунд орчим, масс нь зуу дахин их L гиперон 10-10 секундэд ялзардаг. Эрчим хүчний нейтриногийн хувьд ч мөн адил: 100 ГэВ энергитэй нейтриногийн нуклонтой харилцан үйлчлэх хөндлөн огтлол нь ойролцоогоор 1 МэВ энергитэй нейтриногийнхоос 6 дахин их байна. Гэсэн хэдий ч, хэдэн зуун ГэВ-ийн дарааллын энергийн үед (мөргөлдөг бөөмсийн массын төвийн хүрээнд) сул харилцан үйлчлэлийн эрч хүч нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн энергитэй харьцуулж болох бөгөөд үүний үр дүнд тэдгээрийг үүсгэж болно. цахилгаан сул харилцан үйлчлэл гэж нэгдмэл байдлаар тодорхойлсон. Бөөмийн физикийн хувьд цахилгаан сул хүч нь сул хүч ба цахилгаан соронзон хүч гэсэн дөрвөн үндсэн хүчний хоёрын ерөнхий тодорхойлолт юм. Хэдийгээр энэ хоёр харилцан үйлчлэл нь энгийн бага энергид тэс өөр боловч онолын хувьд нэг хүчний хоёр өөр илрэл мэт харагддаг. Нэгдлийн энергиээс (100 ГэВ орчим) дээш энергитэй үед тэдгээр нь нэг цахилгаан сул харилцан үйлчлэлд нэгддэг. Electrowweak харилцан үйлчлэл нь кварк ба лептонууд оролцож, фотонуудыг ялгаруулж, шингээж авах эсвэл W+, W-, Z0 завсрын вектор бозонуудыг ялгаруулдаг харилцан үйлчлэл юм. E.v. аяндаа эвдэрсэн тэгш хэмтэй хэмжүүрийн онолоор тодорхойлсон.
6. Сул харилцан үйлчлэл нь паритет хадгалагдах хууль хангагдаагүй цорын ганц суурь харилцан үйлчлэл бөгөөд энэ нь системийг толин тусгал болгох үед сул процессуудын дагаж мөрддөг хуулиуд өөрчлөгддөг гэсэн үг юм. Паритетыг хадгалах хуулийг зөрчих нь зөвхөн зүүн гартай бөөмс (эргэлт нь импульсийн эсрэг чиглэсэн), харин баруун гарт (эргэлт нь импульстэй ижил чиглэлд байдаг) хамаарахгүй болоход хүргэдэг. сул харилцан үйлчлэлд болон эсрэгээр: баруун гартай эсрэг хэсгүүд нь сул харилцан үйлчилдэг, харин зүүн гартай нь идэвхгүй байдаг.
Орон зайн урвуу P-ийн үйл ажиллагаа нь хувиргалт юм
x, y, z, -x, -y, -z, -, .
P үйлдэл нь дурын туйлын векторын тэмдгийг өөрчилдөг
Орон зайн урвуу үйл ажиллагаа нь системийг толин тусгал тэгш хэмтэй болгон хувиргадаг. Толин тусгал тэгш хэм нь хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн нөлөөн дор явагдах процессуудад ажиглагддаг. Эдгээр процессуудын толин тусгал тэгш хэм нь толин тусгал тэгш хэмтэй төлөвт шилжилтүүд ижил магадлалтайгаар явагддаг гэсэн үг юм.
1957? Ян Жэннин, Ли Зонгдао нар физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Энгийн бөөмсийн салбарт чухал нээлт хийхэд хүргэсэн паритет гэж нэрлэгддэг хуулиудыг гүнзгийрүүлэн судалсных нь төлөө.
7. Орон зайн паритетаас гадна сул харилцан үйлчлэл нь орон зай цэнэгийн хосолсон паритетыг хадгалахгүй, өөрөөр хэлбэл цорын ганц мэдэгдэж буй харилцан үйлчлэл нь CP-ийн инвариантын зарчмыг зөрчиж байна.
Цэнэглэх тэгш хэм гэдэг нь бөөмстэй холбоотой ямар нэгэн процесс байгаа бол тэдгээрийг эсрэг бөөмсөөр (цэнэгийн нэгдэл) солиход процесс мөн оршин тогтнож, ижил магадлалаар явагдана гэсэн үг юм. Нейтрино ба антинейтринотой холбоотой процессуудад цэнэгийн тэгш хэм байхгүй. Байгальд зөвхөн зүүн гартай нейтрино ба баруун гартай антинейтрино л байдаг. Хэрэв эдгээр бөөмс бүр (тодорхой байдлын үүднээс бид электрон нейтрино n ба антинейтрино e-ийг авч үзэх болно) цэнэгийн нэгдлийн үйл ажиллагаанд хамрагдвал тэдгээр нь лептоны тоо, спираль бүхий байхгүй объект болж хувирна.
Тиймээс сул харилцан үйлчлэлд P ба C-инварианц зэрэг зөрчигддөг. Гэсэн хэдий ч нейтрино (антинейтрино) дээр дараалсан хоёр үйлдлийг хийвэл яах вэ? P- ба C_ хувиргалт (үйл ажиллагааны дараалал чухал биш), дараа нь бид байгальд байдаг нейтрино дахин олж авдаг. Үйлдлийн дарааллыг (эсвэл урвуу дарааллаар) CP хувиргалт гэж нэрлэдэг. CP_transformation (хосолсон урвуу) биш ба e-ийн үр дүн дараах байдалтай байна.
Тиймээс нейтрино ба антинейтриногийн хувьд бөөмийг эсрэг бөөм болгон хувиргах ажиллагаа нь цэнэгийн нэгдэл биш харин CP хувирал юм.
Сул харилцан үйлчлэл
Энэхүү харилцан үйлчлэл нь квант нөлөө нь үндсэндээ чухал ач холбогдолтой энгийн бөөмсийн задралд туршилтаар ажиглагдсан үндсэн харилцан үйлчлэлийн хамгийн сул нь юм. Таталцлын харилцан үйлчлэлийн квантын илрэл хэзээ ч ажиглагдаагүй гэдгийг санацгаая. Сул харилцан үйлчлэлийг дараах дүрмийг ашиглан ялгадаг: хэрэв нейтрино (эсвэл антинейтрино) гэж нэрлэгддэг энгийн бөөмс харилцан үйлчлэлийн процесст оролцдог бол энэ харилцан үйлчлэл сул байна.
Сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс хамаагүй илүү хүчтэй байдаг.
Сул харилцан үйлчлэл нь таталцлын харилцан үйлчлэлээс ялгаатай нь богино зайд байдаг. Энэ нь бөөмс хоорондоо хангалттай ойрхон байвал бөөмс хоорондын сул хүч л үйлчилнэ гэсэн үг. Хэрэв бөөмс хоорондын зай нь харилцан үйлчлэлийн радиус гэж нэрлэгддэг тодорхой утгаас хэтэрсэн бол сул харилцан үйлчлэл нь өөрөө илэрдэггүй. Сул харилцан үйлчлэлийн радиус нь ойролцоогоор 10-15 см, өөрөөр хэлбэл сул харилцан үйлчлэл нь атомын цөмийн хэмжээнээс бага зайд төвлөрдөг болохыг туршилтаар тогтоосон.
Бид яагаад сул харилцан үйлчлэлийн талаар бие даасан үндсэн харилцан үйлчлэлийн төрөл гэж ярьж болох вэ? Хариулт нь энгийн. Таталцал, цахилгаан соронзон, хүчтэй харилцан үйлчлэлд буурдаггүй энгийн бөөмсийг хувиргах процессууд байдаг нь тогтоогдсон. Цөмийн үзэгдэлд чанарын хувьд ялгаатай гурван харилцан үйлчлэл байдгийг харуулсан сайн жишээ бол цацраг идэвхт бодисоос үүдэлтэй. Туршилтууд нь гурван төрлийн цацраг идэвхт бодис байгааг харуулж байна: a-, b-, g-цацраг идэвхт задрал. Энэ тохиолдолд a-задрал нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас, g-задрал нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг. Үлдсэн b задралыг цахилгаан соронзон болон хүчтэй харилцан үйлчлэлээр тайлбарлах боломжгүй бөгөөд сул гэж нэрлэгддэг өөр нэг үндсэн харилцан үйлчлэл байгааг бид хүлээн зөвшөөрөхөөс өөр аргагүй юм. Ерөнхийдөө сул харилцан үйлчлэлийг нэвтрүүлэх хэрэгцээ нь байгальд цахилгаан соронзон болон хүчтэй задралыг хамгаалах хуулиар хориглосон процесс явагддагтай холбоотой юм.
Хэдийгээр сул харилцан үйлчлэл нь цөмд ихээхэн төвлөрч байгаа боловч энэ нь тодорхой макроскоп шинж чанартай байдаг. Өмнө дурьдсанчлан, энэ нь b-цацраг идэвхит үйл явцтай холбоотой юм. Нэмж дурдахад сул харилцан үйлчлэл нь оддын энерги ялгарах механизмыг хариуцдаг термоядролын урвал гэж нэрлэгддэг чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Сул харилцан үйлчлэлийн хамгийн гайхалтай шинж чанар бол толин тусгал тэгш бус байдал илэрдэг процессуудын оршин тогтнох явдал юм. Өнгөц харахад баруун, зүүн гэсэн ойлголтуудын ялгаа нь дур зоргоороо байгаа нь илт харагдаж байна. Үнэн хэрэгтээ таталцал, цахилгаан соронзон, хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үйл явц нь толин тусгал тусгалыг гүйцэтгэдэг орон зайн урвуу байдлын хувьд өөрчлөгддөггүй. Ийм үйл явцын үед орон зайн паритет P хадгалагддаг гэж тэд хэлсэн боловч сул үйл явц нь орон зайн паритетыг хадгалахгүй байж болох нь туршилтаар тогтоогдсон тул зүүн ба баруун хоёрын ялгааг мэдэрдэг. Одоогийн байдлаар сул харилцан үйлчлэлд паритет хадгалагдахгүй байх нь бүх нийтийн шинж чанартай байдаг нь зөвхөн энгийн бөөмсийн задралд төдийгүй цөмийн болон бүр атомын үзэгдлүүдэд илэрдэг гэсэн баттай туршилтын нотолгоо байдаг. Толин тусгал тэгш бус байдал нь хамгийн үндсэн түвшинд байгалийн шинж чанар гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой.
Бүх цэнэгтэй биетүүд, бүх цэнэгтэй энгийн бөөмсүүд цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдог. Энэ утгаараа энэ нь нэлээд түгээмэл байдаг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн сонгодог онол бол Максвеллийн электродинамик юм. Электрон цэнэг e-г холболтын тогтмол гэж авна.
Хэрэв бид q1 ба q2 хоёр цэгийн цэнэгийг тайван байдалд авч үзвэл тэдгээрийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь мэдэгдэж буй цахилгаан статик хүч хүртэл буурах болно. Энэ нь харилцан үйлчлэл нь урт хугацааны бөгөөд цэнэгийн хоорондох зай нэмэгдэх тусам аажмаар мууддаг гэсэн үг юм. Цэнэглэгдсэн бөөм нь фотоныг ялгаруулж, түүний хөдөлгөөний төлөв өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. Өөр нэг бөөмс энэ фотоныг шингээж, хөдөлгөөний төлөвөө өөрчилдөг. Үүний үр дүнд бөөмс бие биенийхээ оршихуйг мэдэрч байх шиг байна. Цахилгаан цэнэг нь хэмжээст хэмжигдэхүүн гэдгийг сайн мэддэг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн хэмжээсгүй холболтын тогтмолыг нэвтрүүлэх нь тохиромжтой. Үүнийг хийхийн тулд үндсэн тогтмол ба c-г ашиглах хэрэгтэй. Үүний үр дүнд бид атомын физикт нарийн бүтцийн тогтмол гэж нэрлэгддэг дараах хэмжээсгүй холболтын тогтмолд хүрнэ.
Энэ тогтмол нь таталцлын болон сул харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудаас ихээхэн давж байгааг харахад хялбар байдаг.
Орчин үеийн үүднээс авч үзвэл цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэл нь нэг цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн янз бүрийн талыг илэрхийлдэг. Цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн нэгдсэн онол бий болсон - цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийн бүх талыг нэгдмэл байрлалаас тайлбарладаг Вайнберг-Салам-Глашоу онол. Хосолсон харилцан үйлчлэлийг салангид, бие даасан мэт санагдах харилцан үйлчлэлд хуваах нь хэрхэн явагддагийг чанарын түвшинд ойлгох боломжтой юу?
Онцлог энерги нь хангалттай бага байх тусам цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэл нь салангид бөгөөд бие биедээ нөлөөлдөггүй. Эрчим хүч нэмэгдэхийн хэрээр тэдгээрийн харилцан нөлөөлөл эхэлдэг бөгөөд хангалттай өндөр энергитэй үед эдгээр харилцан үйлчлэл нь нэг цахилгаан сул харилцан үйлчлэлд нэгддэг. Онцлогын нэгдлийн энергийг 102 ГэВ (GeV нь гигаэлектрон-вольтийн хувьд богино, 1 ГэВ = 109 эВ, 1 эВ = 1.6 10-12 эрг = 1.6 1019 Ж) байх дарааллаар тооцоолсон. Харьцуулбал, устөрөгчийн атомын үндсэн төлөвт байгаа электроны шинж чанар нь ойролцоогоор 10-8 ГэВ, атомын цөмийн шинж чанар нь 10-2 ГэВ, хатуу биетийн шинж чанарын холболтын энерги юм. ойролцоогоор 10-10 ГеВ байна. Тиймээс цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийн хослолын шинж чанар нь атомын болон цөмийн физикийн шинж чанартай энергитэй харьцуулахад асар их юм. Ийм учраас цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэл нь энгийн физик үзэгдлүүдэд ганц мөн чанарыг илэрхийлдэггүй.
Хүчтэй харилцан үйлчлэл
Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь атомын цөмийн тогтвортой байдлыг хариуцдаг. Ихэнх химийн элементүүдийн атомын цөм нь тогтвортой байдаг тул тэдгээрийг задралаас хамгаалдаг харилцан үйлчлэл нь нэлээд хүчтэй байх ёстой нь ойлгомжтой. Цөм нь протон ба нейтроноос бүрддэг гэдгийг сайн мэддэг. Эерэг цэнэглэгдсэн протонууд өөр өөр чиглэлд тархахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд тэдгээрийн хооронд цахилгаан статик түлхэлтийн хүчнээс давсан татах хүч байх шаардлагатай. Эдгээр татах хүчийг хариуцдаг хүчтэй харилцан үйлчлэл юм.
Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн онцлог шинж чанар нь түүний цэнэгийн бие даасан байдал юм. Протон, нейтрон, протон ба нейтроны хоорондох цөмийн таталцлын хүч үндсэндээ ижил байна. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үүднээс протон ба нейтроныг ялгах боломжгүй бөгөөд тэдгээрийн хувьд нуклон, өөрөөр хэлбэл цөмийн бөөмс гэсэн нэг нэр томъёог ашигладаг.
Тиймээс бид байгалийн дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийн талаархи үндсэн мэдээллийг авч үзсэн. Эдгээр харилцан үйлчлэлийн микроскоп болон макроскопийн илрэлүүд, тэдгээрийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг физик үзэгдлийн дүр зургийг товч тайлбарлав.
