Силно взаимодействие
Силното взаимодействие е отговорно за стабилността на атомните ядра. Тъй като атомните ядра на повечето химични елементи са стабилни, ясно е, че взаимодействието, което ги предпазва от разпад, трябва да е достатъчно силно. Добре известно е, че ядрата са съставени от протони и неутрони. За да не се разпръснат положително заредените протони в различни посоки, е необходимо между тях да има сили на привличане, които надвишават силите на електростатичното отблъскване. Именно силното взаимодействие е отговорно за тези привличащи сили.
Характерна особеност на силното взаимодействие е неговата зарядова независимост. Ядрените сили на привличане между протони, между неутрони и между протон и неутрон са по същество еднакви. От това следва, че от гледна точка на силните взаимодействия протонът и неутронът са неразличими и за тях се използва един термин нуклон, тоест частица от ядрото.
Характерният мащаб на силното взаимодействие може да бъде илюстриран чрез разглеждане на два нуклона в покой. Теорията води до потенциалната енергия на тяхното взаимодействие под формата на потенциала на Юкава.
Връзката показва, че силното взаимодействие е с малък обсег и по същество е напълно концентрирано на разстояния, които не надвишават характерния размер на ядрото. Добре известно макроскопско проявление на силното взаимодействие е ефектът на α-радиоактивността. Трябва обаче да се има предвид, че потенциалът на Юкава не е универсално свойство на силното взаимодействие и не е свързан с неговите фундаментални аспекти.
В момента съществува квантова теория за силното взаимодействие, наречена квантова хромодинамика. Според тази теория носителите на силенвзаимодействия са елементарни частици – глуони. Според съвременните представи частиците, участващи в силното взаимодействие и наречени адрони, се състоят от елементарни частици - кварки.
Кварките са фермиони със спин 1/2 и ненулева маса. Най-удивителното свойство на кварките е техният частичен електрически заряд. Кварките се образуват в три двойки (три поколения дублети), означени по следния начин:
Всеки тип кварк се нарича вкус, така че има шест вкуса на кварк. В този случайu-, c-, t-кварките имат електрически заряд,и d-, s-, b-кварките имат електрически заряд, къдетоeе електронен заряд. Освен това има три кварка от този вкус. Те се различават по квантово число, наречено цвят и приемащо три стойности: жълто, синьо, червено. Всеки кварк съответства на антикварк, който има противоположен електрически заряд по отношение на този кварк и така наречения антицвят: антижълт, антисин, античервен. Като вземем предвид броя на вкусовете и цветовете, виждаме, че има общо 36 кварка и антикварка.
Кварките взаимодействат помежду си чрез обмен на осем глуона, които са безмасови бозони със спин 1. По време на взаимодействието цветовете на кварките могат да се променят. В този случай силното взаимодействие условно се изобразява по следния начин: кваркът, който е част от адрона, излъчва глуон, поради което се променя състоянието на движение на адрона. Този глуон се абсорбира от кварк, който е част от друг адрон и променя състоянието на своето движение. В резултат на това адроните взаимодействат помежду си.
Природата е устроена по такъв начин, че взаимодействието на кварките винаги води до образуването на безцветни свързани състояния, които са просто адрони.Например протонът и неутронът са съставени от три кварка:p = uud,n = udd. Pionpе съставен от кваркuи антикварк. Отличителна черта на взаимодействието кварк-кварк чрез глуони е, че с намаляването на разстоянието между кварките тяхното взаимодействие отслабва. Това явление се нарича асимптотична свобода и води до факта, че кварките вътре в адроните могат да се разглеждат като свободни частици. Асимптотичната свобода следва естествено от квантовата хромодинамика. Съществуват експериментални и теоретични указания, че с увеличаване на разстоянието трябва да се увеличи взаимодействието между кварките, поради което е енергийно изгодно кварките да бъдат вътре в адрона. Това означава, че можем да наблюдаваме само безцветни обекти - адрони. Единичните кварки и глуони с цвят не могат да съществуват в свободно състояние. Феноменът на задържане на елементарни частици с цвят вътре в адроните се нарича задържане. Предложени са различни модели за обяснение на задържането, но все още не е конструирано последователно описание, следващо от първите принципи на теорията. От качествена гледна точка трудностите са свързани с факта, че имайки цвят, глуоните взаимодействат с всички цветни обекти, включително и помежду си. Поради тази причина квантовата хромодинамика е по същество нелинейна теория и приблизителните методи на изследване, приети в квантовата електродинамика и електрослабата теория, се оказват не съвсем адекватни в теорията на силните взаимодействия.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: