Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

§ 1.2.6. Фундаментальные взаимодействия

Указанные в табл. 3 взаимодействия вместе с гравитационным называют фундаментальными потому что абсолютно любые взаимодействия в природе сводятся к этим пяти.

Каждое из пяти взаимодействий, приведённых на стр. 8. (рис. 1.1.) формируется своим физическим полем. Каждое поле, согласно табл. 3, формируется переносчиками взаимодействия – фундаментальными бозонами, которые называются квантами. Поэтому соответствующая теория получила название «Квантовая теория поля».

Гравитационное взаимодействие (определение на стр. 8) , формируемое гравитационным полем (определение на стр. 9), в табл. 3 отсутствует, хотя свойства этого взаимодействия изучены достаточно давно и подробно. Но частицы, отвечающей за гравитационное взаимодействие, до сих пор не обнаружено, хотя теоретики достаточно подробно описывают свойства, которыми она должна обладать и даже дали ей название «гравитон». В частности, гравитон должен иметь спин равный 2. Но поскольку экспериментального доказательства существования кванта гравитационного поля – гравитона – до сих пор получить не удалось, то наиболее признанной теорией, объясняющей свойства гравитационного поля, остаётся общая теория относительности, согласно которой гравитационное поле является результатом кривизны пространственно-временного континуума (более подробно в §  1.10.), а не обмена взаимодействующих тел гравитонами. Концепция кривизны пространственно-временного континуума, также как представления об объектно-пространственном взаимодействии (рис. 1.19, стр. 48), выходит за рамки квантовой теории поля. Попытки создать объединяющую теорию, в которой квантовая теория поля и общая теория относительности представляли бы собой два аспекта единого учения, пока, не увенчались успехом.

Таким образом, гравитационное поле остаётся для современной науки наиболее загадочным физическим полем.

Примеры решения задач

Задача 1

5. Во сколько раз самый массивный лептон тяжелее электрона?

Дано:

mе = 5,5∙10–4 а.е.м.

mτ = 1,9 а.е.м.

Решение

s215.wmf.

N – ?

Вычисление

s216.wmf

Ответ: N = 3,(45)∙103.

Задача 2

Доказать, что инертная и гравитационная массы тела равны, если приложенная к этому телу сила 70 Н сообщает ему ускорение 1 м/c2. Сила притяжения этого тела к Земле у поверхности Земли равна отношению s217.wmf Масса Земли 6∙1024 кг, радиус Земли 6 371 км, гравитационная постоянная равна 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2.

Дано:

F1 = 70 Н

а = 1 м/c2

F2 = 686 Н

М = 6∙1024 кг

R = 6,371∙106 м

γ = 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2

Решение

Согласно второму закону Ньютона

s218.wmf.

Согласно Закону всемирного тяготения

s219.wmf.

mи – ?

mг – ?

Вычисление

s220.wmf

s221.wmf

Ответ: mи = mг = 70 кг.

Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитать релятивистскую массу фотона, частота колебаний которого, составляет 5∙10 14 Гц.

2. Проверить справедливость принципа эквивалентности для камня, находящегося на Лунной поверхности, если при воздействии на него силы 5 Н, он испытывает ускорение 10 м/c2. Сила притяжения этого камня к Луне равна отношению s222.wmf Масса Луны 7,35∙1022 кг. Диаметр Луны 3476 км. Гравитационная постоянная равна 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2.

3. Пользуясь табл. 2, и полагая, что 1 а.е.м. ≡ 1,66∙10–27 кг, оценить энергию глюонов в протоне.

4. Вычислить и представить в системе СИ массу очарованного b-мезона, состоящего из с-кварка и b-антикварка, если глюоны этой частицы обладают совокупной энергией 1,2∙10–10 Дж.

5. Вычислить и представить в системе СИ массу пиона π+, состоящего из u-кварка и d-антикварка, если глюоны этой частицы обладают совокупной энергией 3,195∙10–12 Дж.

6. Оценить – во сколько раз время жизни бозона Хиггса превышает время жизни W-бозонов и Z-бозонов.

7. Пользуясь принципом неопределённости Гейзенберга, рассчитать ошибку определения импульса (Δpx; Δpу; Δpz) элементарной частицы, если ошибка определения её координаты (Δx; Δу; Δz) составила

Δx = Δу = Δz = 2,64π∙10–36 м.

1. Перечислите известные вам кварки и укажите значения их зарядов и спин. Какие из перечисленных кварков участвуют в образовании протона и нейтрона?

2. Перечислите известные вам лептоны и укажите значения их зарядов и спин. Какой из лептононов входит в состав атомов?

3. Перечислите известные вам бозоны и укажите значения их зарядов и спин. Какое взаимодействие обеспечивает каждый из них?


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252