Elementær interaktion

Fire elementære interaktioner er ansvarlige for alle de fysiske fænomener, der observeres i universet , hver især manifesteret af en kraft kaldet grundlæggende kraft . De er :

I klassisk fysik blev tyngdekraftens love og elektromagnetisme betragtet som aksiomer . Men i kvantefeltteori beskrives disse kræfter ved udveksling af virtuelle bosoner : standardmodellen for partikelfysik beskriver stærke, svage og elektromagnetiske interaktioner, men en kvantefeltteori er endnu ikke udviklet til gravitation.

Disse grundlæggende kræfter er normalt meget forskellige (se nedenfor), men når partiklernes kinetiske energi øges, kommer kræfterne tættere på. De fire kræfter menes at have samme styrke ved de ekstremt høje energier, der var i spil lige efter Big Bang i Planck-æraen .

Stærk interaktion

Den stærke nukleare interaktion har følgende egenskaber:

det er ansvarligt for samhørigheden af alle hadroner ( baryoner og mesoner ), det vil sige alle partikler sammensat af kvarker ; det er indirekte ansvarligt for samhørigheden af atomkerner ;
ligge kun 2,5 · 10 -15 m (0.000 000 000 000 0025 m), fordi farven afgift ikke vises "nøgent" ved større afstande (se Color indeslutning );
den mest magtfulde af alle kendte interaktioner;
transporteres med gluoner .

Elektromagnetisk interaktion

Den elektromagnetiske interaktion har følgende egenskaber:

ansvarlig for de fleste daglige fænomener: lys , elektricitet og magnetisme , kemi ... For eksempel bevarer det magnetiske dekorationer på de lodrette vægge i dit køleskab;
i princippet ubegrænset handlingsradius. Men i praksis har de positive og negative ladninger en tendens til at neutralisere hinanden;
kan være attraktivt eller frastødende afhængigt af tegn på elektriske ladninger; dette gælder også de såkaldte nord- og sydpoler af en magnet;
hundrede gange svagere end den stærke interaktion;
båret af fotonet .

Svag interaktion

Den svage nukleare interaktion har følgende egenskaber:

ansvarlig for en af typerne af radioaktivitet , beta-radioaktivitet , det spiller også en vigtig rolle i kernefusion (som i Solens centrum );
meget kort rækkevidde, 10 −17 m;
10 5 gange mindre magtfulde end den stærke atomkraft;
transporteret med tunge bosoner : Z 0 , W + og W - .

Gravitation

Den gravitation er fænomenet interaktion fysik, der forårsager tiltrækning reciprokke af kroppen masse mellem dem, under indvirkning af deres masse . Det observeres dagligt på grund af den jordiske tiltrækning, der holder os på jorden. Tyngdekraften er ansvarlig for flere naturlige manifestationer: tidevand , det kredsløb af planeter omkring Solen , den kugleform af de fleste himmellegemer er nogle eksempler. Mere generelt bestemmes universets store struktur af tyngdekraften.

Den gravitation har følgende egenskaber:

det er dominerende for de store strukturer i universet, fordi det altid er attraktivt og ikke kan neutraliseres som elektromagnetiske kræfter;
ubegrænset handlingsradius
den svageste af alle interaktioner, 10 38 gange svagere end den stærke nukleare interaktion (dvs. hundrede milliarder milliarder milliarder milliarder milliarder gange svagere);
tyngdekraftsvektoren er stadig ukendt den dag i dag. Imidlertid fremsatte visse hypoteser ideen om, at en partikel ville være ved oprindelsen: gravitonen .

Oversigt over tabeller

Interaktion	Nuværende teori	Mæglere	Masse (GeV / c 2 )	Omtrentlig relativ effekt	Handlingsradius (m)	Afstand afhængighed
Stærk	Chromodynamique quantum (QCD)	8 gluoner	0	1	2,5 10 −15	${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Elektromagnetisk	Quantum elektrodynamik (QED)	foton	0	10 -2	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$
Lav	Elektrisk svag teori	W + , W - , Z 0	80, 80, 91	10 -5	10 −18	${\ frac {1} {r ^ {5}}}$ på ${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Gravitation	Generel relativitetsteori	graviton (postuleret)	0	10 -40	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$

Kort historie om forening af elementære interaktioner

Den XIX th århundrede oplevede foreningen af elektricitet og magnetisme . I løbet af XX th århundrede, den elektrosvage teori blev først udviklet til at forene elektromagnetisme med de svage vekselvirkning (ved Abdus Salam , Steven Weinberg , Sheldon Lee Glashow , Nobelprisen i fysik 1979). Den stærke interaktion kunne forenes i 1970'erne med de første to, der derefter gav standardmodellen for partikelfysik , hvis forudsigelser blev verificeret kort efter i partikelacceleratorer . Selvom disse interaktioner er beskrevet i en fælles ramme, er intensiteten af de tre kræfter, også kaldet koblingskonstanter , ikke den samme. Imidlertid er disse konstanter kun konstante i en omtrentlig forstand. Deres værdi ændres afhængigt af rækkevidden af involverede energier. Det faktum, at koblingskonstanten for den svage interaktion varierer meget hurtigere end elektromagnetismens, gjorde deres forening relativt let såvel som den eksperimentelle verifikation af denne forening. Rækken af energier, som de mødes med, er stadig tilgængelig for acceleratoreksperimenter.
Målet med store foreningsteorier er på den ene side at give en samlet beskrivelse af de tre kræfter, hvor de deler den samme koblingskonstant (beskrivelse, der ville være gyldig ved meget store energiskalaer i størrelsesordenen 10 15 GeV ), og på den anden side en mekanisme, hvormed denne symmetri mellem de tre kræfter brydes ved de energiskalaer, vi i øjeblikket observerer.

Endelig nævner ikke alle disse beskrivelser tyngdekraften, hvis indflydelse forbliver ubetydelig, så længe de involverede energier er lave sammenlignet med Planck-skalaen i størrelsesordenen 10 18 GeV, men hvis effektive koblingskonstant til denne energi slutter sig til den af de andre interaktioner. Da Big Bang- teorien informerer os om, at universet i sine allerførste øjeblikke oplevede en meget varm og meget tæt fase, kaldet Plancks æra , accepteres det, at en korrekt beskrivelse af dette urunivers kræver at have en kvanteteori til rådighed tyngdekraft . Flere kandidatteorier udvikles for at tilvejebringe denne kvantegravitation. Dette er på den ene side strengteorien, der også sætter sig som mål at beskrive de andre interaktioner på disse skalaer (vi taler om teorien for det hele ) og kvantetyngdekraften med sløjfer, der er mindre ambitiøs og kun har til formål at kvantitativt beskrive tyngdekraften herunder andre interaktioner.

Noter og referencer

" Standardmodellen | CERN ” , på home.cern (adgang til 6. maj 2016 )

Se også

Eksternt link

CEA: De fire grundlæggende interaktioner

Relaterede artikler