• Përkthimi

Autori i artikullit është Don Lincoln, një shkencëtar i lartë në laboratorin Fermilab LHC, që operon nën kujdesin e Departamentit të Energjisë të SHBA. Kohët e fundit kam shkruar librin "Large Hadron Collider: The Extraordinary History of the Higgs Boson and Other Things That Will Amaze You."

Shkenca ka një marrëdhënie komplekse me internetin: shkenca ecën përpara përmes vlerësimit të kujdesshëm dhe të kujdesshëm të të dhënave dhe teorisë, një proces që mund të marrë vite. Dhe në internet, aftësia e audiencës për t'u përqendruar të kujton peshkun Dory të Disney nga filmi vizatimor "Finding Nemo" (Dhe tani "Finding Dory") - këtu është një meme, këtu është një foto e një ylli... Oh, shiko - nje mace qesharake...

Prandaj, njerëzit e interesuar në shkencë serioze duhet të jenë të kujdesshëm ndaj informacionit të postuar në internet duke pretenduar kërkimin shkencor, duke ndryshuar rrënjësisht paradigmën e shkencës. Një shembull i fundit është një artikull që pretendon zbulimin e mundshëm të një force të pestë themelore. Nëse do të ishte kështu, do të duhej të rishkruanim tekstet shkollore.

Si fizikan, dua të hedh dritë të disiplinuar shkencore mbi këtë deklaratë.

Ndërveprimi i pestë

Në një dokument të dorëzuar në arXiv më 7 prill 2015, një grup studiuesish hungarezë përshkroi studimin e sjelljes së një rrezeje intensive protoni mbi objektivat e hollë të litiumit. Përplasjet e zbuluara krijuan bërthama të ngacmuara të berilium-8, të cilat u zbërthyen në çifte të zakonshme berilium-8 dhe elektron-pozitron.

Ata deklaruan se të dhënat që kanë marrë nuk mund të shpjegohen me të njohura dukuritë fizike në Modelin Standard, i cili rregullon fizikën moderne të grimcave. Por një shpjegim për këto të dhëna ishte i mundur me ekzistencën e një grimce deri tani të panjohur me një masë prej 17 milionë eV, e cila është 32.7 herë më e rëndë se një elektron, ose 2% e masës së një protoni. Grimcat që shfaqen në energji të tilla, të cilat janë mjaft të ulëta sipas standardeve moderne, janë studiuar mirë. Dhe do të ishte krejt e papritur nëse një i ri do të zbulohej atje.

Megjithatë, matjet u shtynë vlerësim ekspert dhe u botuan më 26 janar 2016 në revistën Physical Review Letters, një nga më revista prestigjioze në fizikën botërore. Me këtë botim, studiuesit dhe studimi i tyre kanë kapërcyer një pengesë mbresëlënëse.

Kjo matje u vu re pak derisa një grup fizikantësh teorikë nga Universiteti i Kalifornisë, Irvine (UCI) e vunë re atë. Dhe siç bëjnë zakonisht teoricienët me të diskutueshme matjet fizike, ekipi i krahasoi ato me punën ekzistuese të mbledhur gjatë njëqind viteve të fundit për të parë nëse të dhënat e reja përputheshin me ato tashmë informacionin e mbledhur. Në këtë rast, ata krahasuan me një duzinë studimesh të publikuara.

Ata zbuluan se megjithëse matjet nuk bien ndesh me studimet e mëparshme, ata vëzhguan diçka që nuk ishte parë më parë - dhe diçka që nuk mund të shpjegohej nga Modeli Standard.

Platformë e re teorike

Kjo teori është shumë ekzotike. Ata filluan me supozimin e arsyeshëm se grimca e re e mundshme nuk shpjegohej nga teoria ekzistuese. Kjo ka kuptim sepse grimca e re e mundshme masë e ulët, dhe nëse do të ishte përshkruar nga ligjet e njohura të fizikës, do të ishte gjetur më herët. Nëse kjo grimcë u bindet ligjeve të reja të fizikës, mund të ketë një forcë të re të pranishme. Meqenëse fizikantët flasin tradicionalisht për katër forcat themelore të njohura (graviteti, elektromagnetizmi, i fortë dhe i dobët), kjo forcë e re hipotetike u quajt "e pesta".

Historia e teorive dhe zbulimeve të ndërveprimit të pestë është mjaft e larmishme, ajo shkon pas disa dekadash dhe brenda kornizës së saj lindën dimensione dhe ide të reja vetëm për t'u zhdukur më vonë. Nga ana tjetër, ka mistere që nuk mund të shpjegohen nga fizika konvencionale, siç është materia e errët. Edhe pse materia e errët është modeluar gjithmonë si forma e vetme grimca masive e qëndrueshme që përjeton gravitetin dhe asnjë nga të tjerat forcat e njohura, nuk ka asnjë arsye pse materia e errët nuk do të merrte pjesë në ndërveprimet në të cilat materia e zakonshme nuk merr pjesë. Në fund të fundit, materia e zakonshme merr pjesë në ndërveprime në të cilat materia e errët nuk merr pjesë - kështu që këtu nuk ka asgjë marrëzi.

Ka shumë ide rreth ndërveprimeve që prekin vetëm lëndën e errët dhe të gjitha quhen përgjithësisht " materie komplekse e errët"Një nga idetë e njohura flet për ekzistencën e një fotoni të errët që ndërvepron me një ngarkesë të errët të bartur vetëm nga materia e errët. Kjo grimcë është një analog i errët i një fotoni të materies së zakonshme që ndërvepron me ngarkesën elektrike të njohur për ne, por me një përjashtim: disa teori komplekse materie e errët japin masë fotoneve të errëta, ndryshe nga fotonet e zakonshme.

Nëse ekzistojnë fotone të errëta, ato mund të lidhen me lëndën e zakonshme (dhe fotonet e zakonshme) dhe të zbërthehen në çifte elektron-pozitron, të cilat një grup shkencëtarësh hungarezë i studiuan. Meqenëse fotonet e errëta nuk ndërveprojnë me ngarkesën e zakonshme elektrike, kjo lidhje mund të lindë vetëm përmes çuditjeve Mekanika kuantike. Por nëse shkencëtarët kanë filluar të shohin një rritje në çiftet elektron-pozitron, kjo mund të nënkuptojë se ata po vëzhgojnë fotone të errët.

Grupi i Irwin gjeti një model që përfshin një grimcë "protofobike", e cila nuk përjashtohet nga matjet e hershme, që mund të shpjegojë rezultatin hungarez. Grimcat "protofobike", domethënë grimcat "shmangëse të protoneve", rrallë ose pothuajse kurrë nuk ndërveprojnë me protonet, por mund të ndërveprojnë me neutronet (neutrofilet).

Grimca e propozuar nga grupi Irwin është e përfshirë në një forcë të pestë, të panjohur që ndodh në një distancë prej 12 femtometra, ose 12 herë më e madhe se një proton. Grimca është protofobike dhe neutrofile. Masa e grimcës është 17 milionë eV dhe mund të zbërthehet në çifte elektron-pozitron. Përveç shpjegimit të eksperimentit hungarez, një grimcë e tillë mund të shpjegojë disa nga mospërputhjet e gjetura në eksperimente të tjera. Kjo e fundit i shton pak peshë idesë.

Ndërveprimi i ndryshimit të paradigmës?

Çfarë mund të jetë e vërtetë? Të dhënat janë mbret. Do të nevojiten më shumë eksperimente për të konfirmuar ose hedhur poshtë ndryshimet. Të gjitha të tjerat nuk kanë rëndësi. Por kjo do të zgjasë rreth një vit, dhe do të ishte mirë të dilje me një ide gjatë kësaj kohe. Menyra me e mire vlerësimi i gjasave që një zbulim do të jetë i vërtetë është duke ekzaminuar reputacionin e studiuesve të përfshirë në eksperiment. Kjo është, sigurisht, një mënyrë vulgare për të bërë shkencë, por mund të zvogëlojë pritshmëritë tuaja.

Le të fillojmë me grupin Irvine. Shumë prej tyre (veçanërisht menaxherët) kanë reputacion të mirë dhe janë ekspertë të njohur në këtë fushë, dhe ata kanë një Punë e mirë. Mosha e grupit ndryshon, ka pjesëmarrës si më të vjetër ashtu edhe më të rinj. Disa prej tyre i njoh personalisht, dy prej tyre kanë lexuar pjesët teorike në kapitujt e librit që kam shkruar për t'u siguruar që nuk kam thënë ndonjë budallallëk atje (meqë ra fjala, ata nuk kanë gjetur ndonjë gabim, por kanë ndihmuar sqaroni disa pika). Kjo shpjegon respektin tim për anëtarët e grupit Irvine, megjithëse mund të më bëjë edhe të njëanshëm. Jam mjaft i bindur se puna e tyre në krahasimin e modelit të ri me të dhënat ekzistuese ishte e plotë dhe profesionale. Ata zbuluan një rajon të vogël dhe të paeksploruar të teorive të mundshme.

Nga ana tjetër, vetë teoria është mjaft spekulative dhe e pamundur. Ky nuk është një verdikt - kjo mund të thuhet për të gjitha teoritë. Në fund të fundit, Modeli Standard, i cili rregullon fizikën e grimcave, është i njohur për 50 vjet dhe është studiuar mirë. Përveç kësaj, të gjitha teoritë e reja janë spekulative dhe të pamundura, dhe shumica e tyre janë të pasakta. Kjo gjithashtu nuk është një fjali. Ka shumë mënyra për të shtuar rishikime në teoritë ekzistuese për të shpjeguar fenomene të reja. Dhe të gjithë nuk mund të jenë të vërtetë. Dhe ndonjëherë asnjë nga teoritë e propozuara nuk rezulton të jetë e saktë.

Megjithatë, mund të konkludohet, bazuar në reputacionin e anëtarëve të grupit, se ata dolën ide e re dhe e krahasoi atë me të gjitha të dhënat përkatëse. Fakti që ata publikuan modelin e tyre do të thotë se ai i kaloi testet e tyre dhe mbetet një mundësi e besueshme, nëse nuk ka gjasa.

Po grupi hungarez? Unë nuk e njoh asnjë prej tyre personalisht, por artikulli u botua në Physical Review Letters - kjo tashmë është një plus për ta. Megjithatë, grupi publikoi dy dokumente të mëparshme që vëzhguan anomali të ngjashme, duke përfshirë një grimcë të mundshme 12 milion eV dhe një grimcë 14 milion eV. Të dyja veprat u hodhën poshtë nga eksperimente të tjera.

Më tej, grupi hungarez nuk shpjegoi kurrë se çfarë i shkaktoi gabimet në veprat e përgënjeshtruara. Një tjetër flamur i kuq është se grupi rrallë publikon të dhëna që nuk përmbajnë anomali. Kjo nuk ka gjasa. Në karrierën time kërkimore, shumica e publikimeve e kanë konfirmuar teoritë ekzistuese. Anomalitë e përsëritura janë shumë të rralla.

Pra, cili është përfundimi? A duhet të gëzohemi për një zbulim të ri të mundshëm? Epo, sigurisht, zbulimet e mundshme janë gjithmonë interesante. Modeli Standard i ka rezistuar testimit për 50 vjet, por ka ende mistere të pashpjegueshme dhe komuniteti shkencor është gjithmonë në kërkim të zbulimeve që tregojnë për teori të reja dhe të paprovuara. Por cilat janë shanset që kjo matje dhe teori do ta shtyjë komunitetin shkencor të pranojë ekzistencën e një force të pestë me një rreze prej 12 fm dhe një grimcë që shmang protonet? Më duket se ka pak mundësi. Nuk jam optimist për idenë.

Sigurisht, një opinion është thjesht një opinion, edhe pse informativ. Eksperimentet e tjera do të kërkojnë gjithashtu fotone të errëta, pasi edhe nëse matjet hungareze dështojnë në teste, problemi i materies së errët do të vazhdojë të ekzistojë. Shumë eksperimente në kërkim të fotoneve të errëta do të studiojnë të njëjtin hapësirë ​​parametrash (energjia, masa dhe mënyrat e kalbjes) në të cilën, sipas studiuesve hungarezë, u gjet anomalia. Së shpejti do të dimë brenda një viti nëse kjo anomali ishte një zbulim apo thjesht një defekt tjetër që tronditi përkohësisht komunitetin, vetëm për t'u hedhur poshtë pasi të dhëna të tjera të sakta u bënë të disponueshme. Por sido që të përfundojë, rezultati do të jetë akoma shkencë e përmirësuar.

Etiketa:

• ndërveprimi i pestë
• forca e pestë
• fizika kuantike
• model standard

Karakteristikat më të rëndësishme të materies janë lëvizja dhe ndërveprimi. NË në një kuptim të gjerë lëvizja kuptohet si çdo ndryshim që ndodh në natyrë. Të gjitha format e lëvizjes kanë diçka të përbashkët. Të gjithë vijnë në ndërveprimin e trupave. Që çdo objekt të ekzistojë do të thotë të ndërveprosh, të manifestosh disi veten në raport me trupat e tjerë. Gjatë shekujve, në shkencë janë shfaqur dy parime themelore: menyra te ndryshme përshkrimet e mekanizmit të ndërveprimit – parimet e veprimit me rreze të gjatë dhe të shkurtër.

Historikisht, ajo u formulua për herë të parë nga I. Newton parimi me rreze të gjatë, sipas të cilit ndërveprimi ndërmjet trupave ndodh menjëherë në çdo distancë pa asnjë bartës material. Në shekullin e 19-të u fut në shkencë nga M. Faraday parimi i rrezes së shkurtër, u sqarua më vonë: bashkëveprimi bartet nga fusha nga pika në pikë me një shpejtësi që nuk e kalon shpejtësinë e dritës në vakum. Nga pikëpamja e fizikës moderne, ndërveprimi i bindet gjithmonë parimit të veprimit me rreze të shkurtër. Por në shumë probleme që përshkruajnë proceset mekanike me objekte që lëvizin ngadalë, mund të përdoret parimi i përafërt i veprimit me rreze të shkurtër.

Natyra e ndërveprimeve mund të ndryshojë. Aktualisht, fizikanët dallojnë katër lloje ndërveprimet themelore: gravitacionale, elektromagnetike, e fortë dhe e dobët.

Ndërveprimi gravitacional fillimisht u bë objekt i kërkimit nga shkencëtarët. Teoria klasike (Njutoniane) e gravitetit u krijua në shekullin e 17-të. pas hapjes së ligjit graviteti universal. Ky është më i dobëti nga të gjitha ndërveprimet e njohura, është 10 40 herë më i dobët se forca e ndërveprimit ngarkesat elektrike. Megjithatë, kjo është shumë forcë e dobët përcakton strukturën e Universit: edukimin sistemet hapësinore, ekzistenca e planeteve, yjeve, galaktikave. Ndërveprimi gravitacional është universal dhe manifestohet vetëm si një forcë tërheqëse. Ai përfshin jo vetëm të gjithë trupat me masë, por edhe fushat. Sa më e madhe të jetë masa e trupave që ndërveprojnë, aq më e madhe është. Prandaj, në mikrobotën, forca gravitacionale nuk luan një rol të rëndësishëm, por në makrobotën dhe megabotën dominon. Graviteti është një forcë me rreze të gjatë. Intensiteti i tij zvogëlohet me distancën, por vazhdon të ndikojë shumë distanca të gjata.

Ndërveprimi elektromagnetikështë gjithashtu universal dhe vepron midis çdo trupi, por ndryshe nga ndërveprimi gravitacional ai manifestohet si në formën e tërheqjes ashtu edhe në formën e zmbrapsjes. Falë lidhjeve elektromagnetike, lindin atomet, molekulat dhe makrotrupat. Të gjitha kimike dhe proceset biologjike- manifestimet ndërveprimi elektromagnetik. Të gjitha forcat e zakonshme reduktohen në të: elasticiteti, fërkimi, tensioni sipërfaqësor etj. Në madhësinë e tij, ky ndërveprim është shumë më i madh se ai gravitacional, kështu që efekti i tij është i lehtë për t'u vëzhguar edhe midis trupave me përmasa të zakonshme. Është gjithashtu me rreze të gjatë, efekti i tij është i dukshëm edhe në distanca të mëdha nga burimi. Ajo zvogëlohet me distancën, por nuk zhduket. Ndërveprimi elektromagnetik përshkruhet në një teori fizike të quajtur elektrodinamikë kuantike.

Studimi i strukturës së bërthamës atomike çoi në zbulimin e një lloji të ri ndërveprimi, i cili u quajt i fortë, pasi në shkallën bërthamore (~ 10 -15 m) është dy deri në tre renditje të madhësisë më të madhe se ajo elektromagnetike. dhe na lejon të shpjegojmë pse protonet e ngarkuar njësoj në bërthamë nuk fluturojnë larg. Ndërveprim i fortë zë vendin e parë për nga fuqia dhe është një burim energjie të jashtëzakonshme. Ai lidh kuarkët dhe antikuarkët në bërthamën atomike. Është me rreze të shkurtër dhe ka një gamë të kufizuar veprimi - deri në 10-15 m Ndërveprimi i fortë përshkruhet në kuadrin e kromodinamikës kuantike.

Pastaj u zbulua lloji i katërt i ndërveprimit - ndërveprim i dobët, përgjegjës për transformimet grimcat elementare në njëra-tjetrën dhe luan një rol të rëndësishëm jo vetëm në mikrokozmos, por edhe në shumë fenomene shkallë kozmike. Për sa i përket intensitetit, ai renditet i treti (midis ndërveprimeve elektromagnetike dhe gravitacionale) dhe është me rreze të shkurtër.

Mekanizmi i ndërveprimit zakonisht interpretohet si një shkëmbim i grimcave ndërmjetëse që bartin pjesë elementare të energjisë - kuante. Besohet se çdo ndërveprim kryhet nga një lloj i caktuar i grimcave elementare - bozone:

· në ndërveprimet e dobëta ndërmjetësit janë mezonet;

· në elektromagnetike - fotone;

· realizohen ndërveprime të forta gluonet(anglisht) ngjitës- ngjitës), të cilat mbartin aq shumë energji saqë i mbajnë fort kuarkët brenda grimcës;

· ndërveprimi gravitacional transportuar nga kuantet e gravitetit - gravitone, të cilat ende nuk janë zbuluar eksperimentalisht.

Teoritë e ndërtuara për secilin nga katër llojet e ndërveprimeve rezultuan të jenë të ndryshme dhe fizikanët nuk e pëlqyen atë. Doja t'i bashkoja. Një shembull i mirë shërbeu si një teori e unifikuar e ndërveprimeve elektromagnetike, e ndërtuar nga J. Maxwell në shekullin e 19-të. Në kapërcyell të viteve 60-70. Në shekullin e njëzetë, me përpjekjet e tre fizikantëve (S. Weinberg, S. Glashow, A. Salam), u bë i mundur kombinimi i teorive të ndërveprimeve elektromagnetike dhe të dobëta. Një kuant që mbart ndërveprimin e kombinuar elektro-dobët mund të ekzistojë në katër gjendje, njëra prej të cilave është fotonike dhe tre të tjerat kanë masë e madhe. Një kombinim i tillë kërkon energji të rendit 10 11 eV, që korrespondon me temperatura 4 trilion herë më të larta se temperatura e dhomës.

Tani fizikanët janë të zënë me ndërtimin e një teorie të Bashkimit të Madh, e cila do të përfshinte ndërveprime të forta. Ndërmjetësi kuantik i kërkuar duhet të jetë shumëdimensional dhe energjia e nevojshme për zbatimin e këtij unifikimi është e paarritshme në instalimet moderne. Projekti i superunifikimit, i cili përfshin gravitetin, ekziston ende vetëm si një ëndërr.

Shumë koncepte themelore shkenca moderne natyrore të lidhura drejtpërdrejt ose tërthorazi me përshkrimin e ndërveprimeve themelore. Ndërveprimi dhe lëvizja janë atributet më të rëndësishme të materies, pa të cilat ekzistenca e saj është e pamundur. Ndërveprimi përcakton unifikimin e objekteve të ndryshme materiale në sisteme, d.m.th. organizimi sistemikçështje. Shumë veti të objekteve materiale rrjedhin nga ndërveprimi i tyre dhe janë rezultat i lidhjeve të tyre strukturore me njëri-tjetrin dhe ndërveprimeve me mjedisin e jashtëm.

Tashmë i njohur katër lloje të ndërveprimeve themelore:

· gravitacionale;

· elektromagnetike;

· i fortë;

· i dobët.

Ndërveprimi gravitacional karakteristike për të gjitha objektet materiale, pavarësisht nga natyra e tyre. Ajo shtrihet në tërheqje reciproke trupat dhe përcaktohet nga themelorja ligji i gravitetit universal: mes dy trupat me pika ka një forcë tërheqëse drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre. Ndërveprimi gravitacional përcakton rënien e trupave në fushën e forcave gravitacionale të Tokës. Ligji i gravitetit universal përshkruan, për shembull, lëvizjen e planetëve sistem diellor, si dhe makro objekte të tjera. Supozohet se ndërveprimi gravitacional shkaktohet nga disa grimca elementare - gravitone, ekzistenca e të cilave ende nuk është konfirmuar eksperimentalisht.

Ndërveprimi elektromagnetik lidhur me elektrike dhe fusha magnetike. Një fushë elektrike lind në prani të ngarkesave elektrike, dhe një fushë magnetike ndodh kur ato lëvizin. Në natyrë ka edhe pozitive edhe ngarkesa negative, i cili përcakton natyrën e ndërveprimit elektromagnetik. Për shembull, ndërveprimi elektrostatik ndërmjet trupave të ngarkuar, në varësi të shenjës së ngarkesës, reduktohet ose në tërheqje ose në zmbrapsje. Kur ngarkesat lëvizin, në varësi të shenjës së tyre dhe drejtimit të lëvizjes, midis tyre ndodh ose tërheqja ose zmbrapsja. Gjendje të ndryshme të grumbullimit të një substance, fenomeni i fërkimit, elasticiteti dhe vetitë e tjera të një substance përcaktohen kryesisht nga forcat ndërveprim ndërmolekular, e cila ka natyrë elektrostatike. Ndërveprimi elektromagnetik përshkruhet nga ligjet themelore të elektrostatikës dhe elektrodinamikës: ligji i Kulombit, ligji i Amperit, etj. përshkrim i përgjithshëm jep teoria elektromagnetike Maxwell bazuar në ekuacionet themelore, që lidh fushat elektrike dhe magnetike.

Ndërveprim i fortë siguron lidhjen e nukleoneve në bërthamë dhe përcakton forcat bërthamore. Supozohet se forcat bërthamore lindin gjatë shkëmbimit midis nukleoneve grimcat virtuale – mezonet.

Së fundi, ndërveprim i dobët përshkruan disa lloje të proceseve bërthamore. Është me veprim të shkurtër dhe karakterizon të gjitha llojet e transformimeve beta.

Zakonisht për analiza sasiore Ndërveprimet e listuara përdorin dy karakteristika: konstante pa dimensione ndërveprim, duke përcaktuar madhësinë e ndërveprimit dhe diapazonin e veprimit (Tabela 3.1).

Tabela 3.1

Sipas tabelës. 3.1 është e qartë se konstanta e ndërveprimit gravitacional është më e vogla. Gama e tij e veprimit, si ajo e ndërveprimit elektromagnetik, është e pakufizuar. Në këndvështrimin klasik, ndërveprimi gravitacional nuk luan një rol të rëndësishëm në proceset e mikrobotës. Megjithatë, në makro proceset ai luan një rol vendimtar. Për shembull, lëvizja e planetëve të sistemit diellor ndodh në përputhje të rreptë me ligjet e ndërveprimit gravitacional.

Ndërveprimi i fortë është përgjegjës për stabilitetin e bërthamave dhe shtrihet vetëm brenda madhësisë së bërthamës. Sa më të fortë të ndërveprojnë nukleonet në një bërthamë, aq më e qëndrueshme është ajo, aq më e madhe është energjia e tij lidhëse, e përcaktuar nga puna që duhet bërë për të ndarë nukleonet dhe për t'i larguar ato nga njëri-tjetri në distanca të tilla në të cilat ndërveprimi bëhet. e barabartë me zero. Ndërsa madhësia e bërthamës rritet, energjia e lidhjes zvogëlohet. Kështu, bërthamat e elementeve në fund të tabelës periodike janë të paqëndrueshme dhe mund të prishen. Ky proces shpesh quhet zbërthimi radioaktiv.

Ndërveprimi midis atomeve dhe molekulave është kryesisht natyra elektromagnetike. Ky ndërveprim shpjegon formimin e të ndryshmeve gjendjet e grumbullimit substancat: të ngurta, të lëngëta dhe të gazta. Për shembull, ndërmjet molekulave të një lënde në gjendje të ngurtë, bashkëveprimi në formën e tërheqjes është shumë më i fortë se sa ndërmjet molekulave të njëjta në gjendje të gaztë.

Aftësia për të bashkëvepruar është vetia më e rëndësishme dhe integrale e materies. Janë ndërveprimet që sigurojnë unifikimin e objekteve të ndryshme materiale të mega-, makro- dhe mikrobotës në sisteme. Të gjithë të famshëm shkenca moderne forcat reduktohen në katër lloje ndërveprimesh, të cilat quhen themelore: gravitacionale, elektromagnetike, të dobëta dhe të forta.

Ndërveprimi gravitacional për herë të parë u bë objekt i studimit të fizikës në shekullin e 17-të. Teoria e gravitetit të I. Njutonit, e cila bazohet në ligjin e gravitetit universal, u bë një nga komponentët mekanika klasike. Ligji i gravitetit universal thotë: midis dy trupave ekziston një forcë tërheqëse që është drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre (2.3). Çdo grimcë materiale është një burim i ndikimit gravitacional dhe e përjeton atë në vetvete. Me rritjen e masës, ndërveprimet gravitacionale rriten, d.m.th., sesa më shumë masë substancat që ndërveprojnë, aq më të forta veprojnë forcat gravitacionale. Forcat e gravitetit janë forca tërheqëse. NË Kohët e fundit fizikanët kanë sugjeruar ekzistencën e zmbrapsjes gravitacionale, e cila veproi në momentet e para të ekzistencës së Universit (4.2), por kjo ide ende nuk është konfirmuar. Ndërveprimi gravitacional është më i dobëti i njohur aktualisht. Forca gravitacionale vepron në distanca shumë të mëdha, intensiteti i tij zvogëlohet me rritjen e distancës, por nuk zhduket plotësisht. Besohet se bartësi i ndërveprimit gravitacional është gravitoni hipotetik i grimcave. Në mikrobotë, ndërveprimi gravitacional nuk luan një rol të rëndësishëm, por në makro dhe veçanërisht mega-proceset ai luan një rol udhëheqës.

Ndërveprimi elektromagnetik u bë objekt studimi në fizikën e shekullit të 19-të. Teoria e parë e unifikuar fushë elektromagnetike U prezantua koncepti i J. Maxwell (2.3). Ndryshe nga forca gravitacionale, ndërveprimet elektromagnetike ekzistojnë vetëm midis grimcave të ngarkuara: fusha elektrike është midis dy grimcave të ngarkuara të palëvizshme, fusha magnetike është midis dy grimcave të ngarkuara lëvizëse. Forcat elektromagnetike mund të jenë ose forca tërheqëse ose refuzuese. Grimcat e mundshme të ngarkuara sprapsin, grimcat e ngarkuara në të kundërt tërheqin. Bartësit e këtij lloji të ndërveprimit janë fotonet. Ndërveprimi elektromagnetik manifestohet në botët mikro, makro dhe mega.

Në mesin e shekullit të 20-të. ishte krijuar elektrodinamika kuantike – një teori e bashkëveprimit elektromagnetik që plotësonte parimet bazë teoria kuantike dhe teoria e relativitetit. Në vitin 1965, autorët e saj S. Tomanaga, R. Feynman dhe J. Schwinger u nderuan me çmimin Nobel. Elektrodinamika kuantike përshkruan bashkëveprimin e grimcave të ngarkuara - elektroneve dhe pozitroneve.

Ndërveprim i dobët u zbulua vetëm në shekullin e 20-të, në vitet 1960. ndërtuar teori e përgjithshme ndërveprim i dobët. Forca e dobët shoqërohet me prishjen e grimcave, kështu që zbulimi i saj pasoi vetëm pas zbulimit të radioaktivitetit. Gjatë vëzhgimit zbërthimi radioaktiv u zbuluan grimca, dukuri që dukej se kundërshtonin ligjin e ruajtjes së energjisë. Fakti është se gjatë procesit të kalbjes, një pjesë e energjisë "u zhduk". Fizikani W. Pauli sugjeroi që gjatë procesit të zbërthimit radioaktiv të një substance, një grimcë me fuqi të lartë depërtuese lirohet së bashku me një elektron. Kjo grimcë më vonë u quajt "neutrino". Doli se si rezultat i ndërveprimeve të dobëta, neutronet që përbëjnë bërthamën atomike kalbet në tre lloje grimcash: protone të ngarkuar pozitivisht, elektrone të ngarkuar negativisht dhe neutrinot neutrale. Ndërveprimi i dobët është shumë më i vogël se bashkëveprimi elektromagnetik, por më i madh se bashkëveprimi gravitacional dhe ndryshe nga ata, ai përhapet në distanca të vogla - jo më shumë se 10-22 cm. Ja përse për një kohë të gjatë ndërveprim i dobët nuk u vu re eksperimentalisht. Bartësit e bashkëveprimit të dobët janë bozonet.

Në vitet 1970 u krijua një teori e përgjithshme e bashkëveprimit elektromagnetik dhe të dobët, e quajtur teoria e ndërveprimit elektrodobët. Krijuesit e saj S. Weinberg, A. Salam dhe S. Glashow në 1979 morën Çmimi Nobël. Teoria e ndërveprimit elektrodobët konsideron dy lloje të ndërveprimeve themelore si manifestime të një ndërveprimi të vetëm, më të thellë. Kështu, në distanca më shumë se 10-17 cm, mbizotëron aspekti elektromagnetik i dukurive, në distanca më të vogla të në të njëjtën shkallë Të dy aspektet elektromagnetike dhe të dobëta janë të rëndësishme. Krijimi i teorisë në shqyrtim nënkuptonte se, të bashkuar në fizikës klasike Shekulli XIX, në kuadrin e teorisë Faraday-Maxwell, elektriciteti, magnetizmi dhe drita në të tretën e fundit të shekullit XX. plotësuar nga dukuria e ndërveprimit të dobët.

Ndërveprim i fortë u zbulua gjithashtu vetëm në shekullin e 20-të. Ai mban protonet në bërthamën e një atomi, duke i penguar ata të shpërndahen nën ndikimin e forcave refuzuese elektromagnetike. Ndërveprimi i fortë ndodh në distanca jo më shumë se 10-13 cm dhe është përgjegjës për qëndrueshmërinë e bërthamave. Bërthamat e elementeve në fund të tabelës periodike janë të paqëndrueshme sepse rrezja e tyre është e madhe dhe, në përputhje me rrethanat, ndërveprimi i fortë humbet intensitetin e tij. Bërthamat e tilla i nënshtrohen kalbjes, e cila quhet radioaktive. Ndërveprimi i fortë është përgjegjës për edukimin bërthamat atomike, në të marrin pjesë vetëm grimcat e rënda: protonet dhe neutronet. Ndërveprimet bërthamore nuk varen nga ngarkesa e grimcave; Gluonët kombinohen në një fushë gluon (e ngjashme me një fushë elektromagnetike), për shkak të së cilës ndodh ndërveprimi i fortë. Në fuqinë e tij, ndërveprimi i fortë tejkalon ato të tjera të njohura dhe është një burim i energjisë së madhe. Shembull ndërveprim i fortë kryejnë reaksionet termonukleare në Diell dhe yje të tjerë. Parimi i ndërveprimit të fortë u përdor për të krijuar armë hidrogjeni.

Teoria e ndërveprimit të fortë quhet kromodinamika kuantike. Sipas kësaj teorie, ndërveprimi i fortë është rezultat i shkëmbimit të gluoneve, që rezulton në lidhjen e kuarkut në hadrone. Kromodinamika kuantike vazhdon të zhvillohet, dhe megjithëse nuk mund të konsiderohet ende një koncept i plotë i ndërveprimit të fortë, megjithatë kjo teori fizike ka një bazë të fortë eksperimentale.

NË fizika moderne kërkimi vazhdon teori e unifikuar, e cila do të bënte të mundur shpjegimin e të katër llojeve të ndërveprimeve themelore. Krijimi i një teorie të tillë do të nënkuptonte edhe ndërtimin e një koncepti të unifikuar të grimcave elementare. Ky projekt u quajt “Bashkimi i Madh”. Baza e besimit se një teori e tillë është e mundur është fakti se në distanca të shkurtra (më pak se 10-29 cm) dhe në energji e larte(më shumë se 1014 GeV) elektromagnetike, e fortë dhe ndërveprime të dobëta përshkruhen në të njëjtën mënyrë, që do të thotë se ato kanë një natyrë të përbashkët. Megjithatë, ky përfundim është ende vetëm teorik, nuk ka qenë ende e mundur të verifikohet eksperimentalisht.

Teoritë e ndryshme konkurruese të Grand Unified interpretojnë ndryshe kozmologjinë (4.2). Për shembull, supozohet se në momentin e lindjes së Universit tonë, ekzistonin kushte në të cilat të katër ndërveprimet themelore u shfaqën në të njëjtën mënyrë. Krijimi i një teorie që shpjegon të katër llojet e ndërveprimeve në një bazë të unifikuar do të kërkojë një sintezë të teorisë së kuarkeve, kromodinamikës kuantike, kozmologji moderne dhe astronomi relativiste.

Megjithatë, kërkimi për një teori të unifikuar të katër llojeve të ndërveprimeve themelore nuk do të thotë se shfaqja e interpretimeve të tjera të materies është e pamundur: zbulimi i ndërveprimeve të reja, kërkimi i grimcave të reja elementare, etj. Disa fizikanë shprehin dyshime për mundësinë të një teorie të unifikuar. Kështu, krijuesit e sinergjikëve I. Prigogine dhe I. Stengers në librin "Time, Chaos, Quantum" shkruajnë: "shpresa për ndërtimin e një "teorie të gjithçkaje" të tillë nga e cila do të ishte e mundur të nxirret përfundimi. Përshkrimi i plotë realiteti fizik, do të duhet të braktisen”, dhe tezën e tyre ta justifikojnë me ligjet e formuluara në kuadrin e sinergjetikës (7.2).

Rol i rendesishem ligjet e ruajtjes luajtën një rol në kuptimin e mekanizmave të ndërveprimit të grimcave elementare, formimin dhe zbërthimin e tyre. Përveç ligjeve të ruajtjes që veprojnë në makrobotën (ligji i ruajtjes së energjisë, ligji i ruajtjes së momentit dhe ligji i ruajtjes së momentit këndor), u zbuluan të reja në fizikën e mikrobotës: ligji i ruajtjes së barion, ngarkesa leptonike, çuditshmëri etj.

Çdo ligj ruajtjeje shoqërohet me një lloj simetrie në botën përreth. Në fizikë, simetria kuptohet si pandryshueshmëria, pandryshueshmëria e një sistemi në lidhje me transformimet e tij, d.m.th., në lidhje me ndryshimet në seri kushtet fizike. Matematicieni gjerman Emma Noether vendosi një lidhje midis vetive të hapësirës dhe kohës dhe ligjeve të ruajtjes së fizikës klasike. teorema themelore fizikës matematikore, e quajtur teorema e Noether-it, thotë se nga homogjeniteti i hapësirës rrjedh ligji i ruajtjes së momentit, nga homogjeniteti i kohës - ligji i ruajtjes së energjisë dhe nga izotropia e hapësirës - ligji i ruajtjes së momentit këndor. Këto ligje janë themelore në natyrë dhe janë të vlefshme për të gjitha nivelet e ekzistencës së materies.

Ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë thotë se energjia nuk zhduket dhe nuk shfaqet më, por vetëm kalon nga një formë në tjetrën. Ligji i ruajtjes së momentit postulon qëndrueshmërinë e momentit sistem i mbyllur me kalimin e kohës. Ligji i ruajtjes së momentit këndor thotë se momenti këndor i një sistemi me qark të mbyllur mbetet konstant me kalimin e kohës. Ligjet e ruajtjes janë pasojë e simetrisë, d.m.th., pandryshueshmërisë, pandryshueshmërisë së strukturës së objekteve materiale në raport me transformimet ose ndryshimeve në kushtet fizike të ekzistencës së tyre.

Aftësia për të bashkëvepruar është vetia më e rëndësishme dhe integrale e materies. Janë ndërveprimet që sigurojnë unifikimin e objekteve të ndryshme materiale të mega-, makro- dhe mikrobotës në sisteme. Të gjitha forcat e njohura për shkencën moderne zbresin në katër lloje ndërveprimesh, të cilat quhen themelore: gravitacionale, elektromagnetike, të dobëta dhe të forta.

Ndërveprimi gravitacional për herë të parë u bë objekt i studimit të fizikës në shekullin e 17-të. Teoria e gravitetit të I. Njutonit, e cila bazohet në ligjin e gravitetit universal, është bërë një nga komponentët e mekanikës klasike. Çdo grimcë materiale është një burim i ndikimit gravitacional dhe e përjeton atë në vetvete. Me rritjen e masës rriten ndërveprimet gravitacionale, d.m.th. Sa më e madhe të jetë masa e substancave që ndërveprojnë, aq më të forta janë forcat gravitacionale. Forcat e gravitetit janë forca tërheqëse. Ndërveprimi gravitacional është më i dobëti i njohur aktualisht. Forca gravitacionale vepron në distanca shumë të mëdha, intensiteti i saj zvogëlohet me rritjen e distancës, por nuk zhduket plotësisht. Besohet se bartësi i ndërveprimit gravitacional është gravitoni hipotetik i grimcave. Në mikrobotë, ndërveprimi gravitacional nuk luan një rol të rëndësishëm, por në makro dhe veçanërisht mega-proceset ai luan një rol udhëheqës.

Ndërveprimi elektromagnetik u bë objekt studimi në fizikën e shekullit të 19-të. Teoria e parë e unifikuar e fushës elektromagnetike ishte koncepti i J. Maxwell. Ndërveprimet elektromagnetike ekzistojnë vetëm midis grimcave të ngarkuara: fusha elektrike është midis dy grimcave të ngarkuara të palëvizshme, fusha magnetike është midis dy grimcave të ngarkuara lëvizëse. Forcat elektromagnetike mund të jenë ose forca tërheqëse ose refuzuese. Grimcat e mundshme të ngarkuara sprapsin, grimcat e ngarkuara në të kundërt tërheqin. Bartësit e këtij lloji të ndërveprimit janë fotonet. Ndërveprimi elektromagnetik manifestohet në botët mikro, makro dhe mega.

Në mesin e shekullit të 20-të. ishte krijuar elektrodinamika kuantike– teoria e bashkëveprimit elektromagnetik, e cila përshkruan bashkëveprimin e grimcave të ngarkuara - elektroneve dhe pozitroneve. Në vitin 1965, autorët e saj S. Tomanaga, R. Feynman dhe J. Schwinger u nderuan me çmimin Nobel.

Ndërveprim i dobët u zbulua vetëm në shekullin e 20-të, në vitet '60. u ndërtua një teori e përgjithshme e ndërveprimit të dobët. Forca e dobët shoqërohet me prishjen e grimcave, kështu që zbulimi i saj pasoi vetëm pas zbulimit të radioaktivitetit. Fizikani W. Pauli sugjeroi që gjatë procesit të zbërthimit radioaktiv të një substance, një grimcë me fuqi të lartë depërtuese lirohet së bashku me një elektron. Kjo grimcë më vonë u quajt "neutrino". Doli se si rezultat i ndërveprimeve të dobëta, neutronet që përbëjnë bërthamën atomike kalbet në tre lloje grimcash: protone të ngarkuar pozitivisht, elektrone të ngarkuar negativisht dhe neutrinot neutrale. Ndërveprimi i dobët është shumë më i vogël se ai elektromagnetik, por më i madh se ai gravitacional, dhe ndryshe nga ata, ai përhapet në distanca të vogla - jo më shumë se 10-22 cm, prandaj ndërveprimi i dobët nuk u vu re eksperimentalisht për një kohë të gjatë . Bartësit e bashkëveprimit të dobët janë bozonet.

Në vitet 70 shekulli XX u krijua një teori e përgjithshme e bashkëveprimit elektromagnetik dhe të dobët, e quajtur teoria e ndërveprimit elektrodobët. Krijuesit e saj S. Weinberg, A. Sapam dhe S. Glashow morën çmimin Nobel në 1979. Teoria e ndërveprimit elektrodobët konsideron dy lloje të ndërveprimeve themelore si manifestime të një ndërveprimi të vetëm, më të thellë. Kështu, në distanca më të mëdha se 10-17 cm, aspekti elektromagnetik i dukurive mbizotëron në distanca më të shkurtra, të dyja aspektet elektromagnetike dhe të dobëta janë po aq të rëndësishme. Krijimi i teorisë në shqyrtim nënkuptonte që, të bashkuar në fizikën klasike të shekullit të 19-të, në kuadrin e teorisë Faraday–Maxwell, elektriciteti, magnetizmi dhe drita, në të tretën e fundit të shekullit të 20-të. plotësuar nga dukuria e ndërveprimit të dobët.

Ndërveprim i fortë u zbulua gjithashtu vetëm në shekullin e 20-të. Ai mban protonet në bërthamën e një atomi, duke i penguar ata të shpërndahen nën ndikimin e forcave refuzuese elektromagnetike. Ndërveprimi i fortë ndodh në distanca jo më shumë se 10-13 cm dhe është përgjegjës për qëndrueshmërinë e bërthamave. Bërthamat e elementeve të vendosura në fund të tabelës D.I. Mendeleev janë të paqëndrueshëm sepse rrezja e tyre është e madhe dhe, në përputhje me rrethanat, ndërveprimi i fortë humbet intensitetin e tij. Bërthamat e tilla i nënshtrohen kalbjes, e cila quhet radioaktive. Ndërveprimi i fortë është përgjegjës për formimin e bërthamave atomike në të marrin pjesë vetëm grimcat e rënda: protonet dhe neutronet. Ndërveprimet bërthamore nuk varen nga ngarkesa e grimcave, bartësit e këtij lloji të bashkëveprimit janë gluonet. Gluonët kombinohen në një fushë gluon (e ngjashme me një fushë elektromagnetike), për shkak të së cilës ndodh ndërveprimi i fortë. Në fuqinë e tij, ndërveprimi i fortë tejkalon ato të tjera të njohura dhe është një burim energjie të jashtëzakonshme. Një shembull i ndërveprimit të fortë janë reaksionet termonukleare në Diell dhe yje të tjerë. Parimi i ndërveprimit të fortë u përdor për të krijuar armë hidrogjeni.

Teoria e ndërveprimit të fortë quhet kromodinamika kuantike. Sipas kësaj teorie, ndërveprimi i fortë është rezultat i shkëmbimit të gluoneve, që rezulton në lidhjen e kuarkut në hadrone. Kromodinamika kuantike vazhdon të zhvillohet, ajo nuk mund të konsiderohet ende një koncept i plotë i ndërveprimit të fortë, por ka një bazë të fortë eksperimentale.

Në fizikën moderne, kërkimi vazhdon për një teori të unifikuar që do të shpjegonte të katër llojet e ndërveprimeve themelore. Krijimi i një teorie të tillë do të nënkuptonte edhe ndërtimin e një koncepti të unifikuar të grimcave elementare. Ky projekt u quajt “Bashkimi i Madh”. Baza për besimin se një teori e tillë është e mundur është fakti se në distanca të shkurtra (më pak se 10-29 cm) dhe në energji të larta (më shumë se 10 14 GeV), ndërveprimet elektromagnetike, të forta dhe të dobëta përshkruhen në të njëjtën mënyrë. , që do të thotë se natyra e tyre është e zakonshme. Megjithatë, ky përfundim është vetëm teorik, ende nuk ka qenë e mundur të verifikohet eksperimentalisht.

Ligjet e ruajtjes luajtën një rol të rëndësishëm në kuptimin e mekanizmave të ndërveprimit të grimcave elementare, formimin dhe zbërthimin e tyre. Përveç ligjeve të ruajtjes që veprojnë në makrobotën (ligji i ruajtjes së energjisë, ligji i ruajtjes së momentit dhe ligji i ruajtjes së momentit këndor), u zbuluan të reja në fizikën e mikrobotës: ligji i ruajtjes së ngarkesat e barionit, leptonit etj.