9. Сильное взаимодействие, его роль в природе

Сильное взаимодействие было введено для объяснения устойчивости ядер. Ядра состоят из протонов и нейтронов. Нейтроны имеют электрический заряд, равный нулю. Протоны имеют электрический заряд, равный +1. Одноименные электрические заряды отталкиваются. Так как гравитационным взаимодействием в силу его малости в микромире пренебрегают, то получается, что ядра должны быть неустойчивыми. Эксперименты показывают, что ядерные системы очень устойчивые. Значит, в природе должно быть какое-то взаимодействие, которое бы отвечало за устойчивость ядер. Оно было названо сильным.

Сильное взаимодействие – короткодействующее. Его радиус действия порядка 10^-13 см.Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами. В обычном стабильном веществе при не слишком высокой температуре сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов. Его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами (протонами и нейтронами) в ядрах. Энергия связи в среднем составляет около 8 Мэв на нуклон. Однако при столкновениях ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией (порядка сотни Мэв), сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям: расщеплению ядер, превращению одних ядер в другие и т.п.

Начиная с энергий сталкивающихся нуклонов порядка нескольких сотен Мэв, сильное взаимодействие приводит к рождению П-мезонов. При еще больших энергиях рождаются К-мезоны и гипероны, и множество мезонных и барионных резонансов (резонансы - это короткоживущие возбужденные состояния адронов).

10. Слабое взаимодействие, его роль в природе

Его радиус действия меньше 10^-15 см. Слабое взаимодействие на несколько порядков слабее не только сильного, но и электромагнитного. Однако оно гораздо сильнее гравитационного в микромире.

Первым обнаруженным и наиболее распространенным процессом, вызываемым слабым взаимодействием, является радиоактивный -распад ядер. Этот тип радиоактивности был открыт в 1896 году А.А. Беккерелем. В процессе радиоактивного электронного /^--/ распада один из нейтронов /n/ атомного ядра превращается в протон /р/ с испусканием электрона /е^-/ и электронного антинейтрино //:

n  p + е^- +

В процессе позитронного /⁺-/ распада происходит переход:

p n + е⁺ +

В первой теории -распада, созданной в 1934 году Э. Ферми, для объяснения этого явления потребовалось ввести гипотезу о существовании особого типа короткодействующих сил, которые вызывают переход

n  p + е^- +

Дальнейшее исследование показало, что введенное Ферми взаимодействие имеет универсальный характер. Оно обуславливает распад всех нестабильных частиц, массы которых и правила отбора по квантовым числам не позволяют им распадаться за счет сильного или электромагнитного взаимодействия. Слабое взаимодействие присуще всем частицам, кроме фотонов. Характерное время протекания процессов слабого взаимодействия при энергиях порядка 100 Мэв на 13-14 порядков больше характерного времени для сильного взаимодействия.

Необходимо учитывать, что сегодня уже в единую теорию объединены слабое и электромагнитное взаимодействия. Существует ряд теоретических схем, в которых делается попытка создать единую теорию всех типов взаимодействия. Однако эти схемы еще не настолько разработаны, чтобы можно было их проверять на опыте.