Elektromagnetikoak elkarrekintza partikula

Artikulu honek naturaren indar deitzen direnak kontuan hartuko ditu: oinarrizko elkarrekintza elektromagnetikoa eta eraiki diren printzipioak. Halaber, gai honi buruzko azterketarako ikuspegi berrien existentziari buruzko aukerak azalduko ditugu. Fisikako ikasgaietan ere, ikasleek "boterea" kontzeptuaren azalpenarekin lotuta daude. Indar gehiago izan daitezkeela adierazten dute: marruskadura indarra, erakarpen indarra, elastikotasun indarra eta abar. Horiek guztiak ezin dira deitzen oinarrizkoak, oso maiz gertatzen baita indarraren fenomenoa sekundarioa delako (marruskadura indarra, adibidez, molekulen elkarreraginarekin). Elkarrekintza elektromagnetikoak ere bigarren mailakoak izan daitezke. Fisika molekularrak Van der Waals indarra aipatzen du adibide gisa. Adibide asko ere oinarrizko partikulen fisikaren bidez ematen dira.

Naturan

Naturan gertatzen diren prozesuen muinora iritsiko naiz, lanerako elkarreragin elektromagnetikoak indartzen duenean. Zertxobait eraiki zuen bigarren mailako indar guztiak zehazten dituen funtsezko indarra da? Denek dakite elkarrekintza elektromagnetikoa dela, edo, oraindik deitzen den bezala, indar elektrikoa, funtsezkoa. Hau Coulomb-en legea da, Maxwellren ekuazioetatik datorren generalizazio propioa duena. Azken honek naturan dauden indar magnetiko eta elektriko guztiak deskribatzen ditu. Horregatik frogatzen da eremu elektromagnetikoen elkarrekintza naturaren oinarrizko indarrak direla. Hurrengo adibidea grabitatearen indarra da. Nahiz eta irakasleek Isaac Newton-en grabitazio unibertsalaren legeak jakitun, Einsteinen ekuazioek orain dela gutxi bereganatu zuten eta, grabitazioaren teoriaren arabera, naturaren elkarrekintza elektromagnetikoaren indarra ere funtsezkoa da.

Bazen behin, uste genuen oinarrizko bi indar horietako bakarra zirela, baina zientziak aurrera egin zuen pixkanaka-pixkanaka, hau ez zela kasualitatea. Adibidez, atomo nukleoaren aurkikuntza beharrezkoa zen indar nuklearraren kontzeptua aurkeztu behar zen, bestela nukleoaren barruan partikulen atxikipenaren printzipioa nola ulertu behar zen eta zergatik ez zuten ihes egiten norabide ezberdinetan. Interakzio elektromagnetikoak naturan funtzionatzen duenaren ulermena nuklear indarrak neurtzeko, ikasi eta deskribatu lagundu du. Hala eta guztiz ere, geroago zientzialariek ondorioztatu zuten indar nuklearren sekundarioak direla eta, modu askotan, van der Waals indarrak antza zirela. Izan ere, quarkek ematen dituzten indarrak soilik, elkarren artean elkarreraginean, benetan funtsezkoak dira. Ondoren, bigarren mailako efektua neutroien eta protoien arteko eremu elektromagnetikoen arteko elkarrekintza da. Benetan funtsezkoa da quarken elkarrekintza, gluon trukatzea. Horrela, hirugarren indar funtsezkoa naturan aurkitu zen.

Istorio honen jarraipena

Elementu partikulak desintegrazioa, astuna - arinagoa, eta haien desintegrazioa elkarrekintza elektromagnetikoaren indar berri bat deskribatzen du, hau da, elkarrekintza ahularen boterea. Zergatik ahula? Bai, naturan elkarrekintza elektromagnetikoa askoz indartsuagoa delako. Berriro ere, ondorioztatu zuen elkarrekintza ahularen teoria hori, munduaren irudian harmonioki biltzea eta elementu oinarrizkoen desintegrak erabat deskribatzen zituela lehenik, ez zirela postulatu berberak islatzen, energia igo zenean. Beraz, antzinako teoria beste bat berregituratu zen: elkarrekintza ahularen teoria, une honetan unibertsala izan zen. Partikulen arteko elkarrekintza elektromagnetikoak deskribatzen dituzten beste teoriak ere printzipio berdinetan oinarritzen baziren ere. Garai modernoetan lau oinarrizko elkarreragin aztertu eta probatu dira, eta bosgarrenak bidean aurrera egingo dira. Lau horiek guztiak - grabitazioa, indarra, ahula, elektromagnetikoa - printzipio bakar batez eraiki ohi dira: partikulen artean sortutako indarra garraiolari batek egiten duen truke mota baten emaitza da, edo bestela, elkarrekintzaren bitartekaria.

Zein laguntzaile mota da hau? Foton bat da, partikulak masa gabe, baina, hala ere, elkarreragin elektromagnetikoak arrakastaz eragiten du olatu elektromagnetikoen kuantikoa edo argi kuantikoa trukatuz. Elkarrekintza elektromagnetikoa partikulen kargatutako partikulen bidez egiten da, indar jakin batekin komunikatzen direnak, hau da Coulomb-en legea tratatzen duena. Beste masa-partikula bat dago: gluonak, zortzi aldagai ditu, quarkak komunikatzen laguntzen du. Elkarrekintza elektromagnetiko hau karguen arteko erakargarritasuna da, eta indarra deitzen zaio. Eta elkarrekintza ahulak ezin du bitartekaririk egin, eta partikulak masa hartzekotan ere masiboak dira, hau da, astuna. Hauek bitarteko bektore bosoi dira. Bere masa eta pisua elkarrekintzaren ahultasuna azaltzen ditu. Indar gravitazionalak grabitazio eremuan kantitatearen trukea sortzen du. Elkarreragin elektromagnetiko hau partikulen erakarpena da, ez da nahikoa aztertu oraindik, oraindik ere ez da oraindik esperimenturik detektatu grabitateak, eta grabitate kuantikoa guztiz ez da hautematen, horregatik ezin dugu oraindik deskribatu.

Bosgarren indarra

Lau motako elkarrekintza aztertu genituen: indartsu, ahula, elektromagnetikoa, grabitazioa. Elkarrekintza partikulen truke ekintza da, eta ez dago simetriaren kontzepturik gabe, inongo loturarik ez dagoelako. Partikulen kopurua eta masa zehazten ditu. Simetria zehatza, masa beti zero da. Beraz, fotoi bat eta gluon bat ez dago masa, zero da, grabitate bat ere. Eta simetria urratzen bada, zero masa geldituko da. Horrela, bitontzi bektore bisonteak masa dute, simetria hautsi delako. Lau oinarrizko elkarrekintza horiek ikusten eta sentitzen dugun guztia azaltzen dugu. Gainerako indarrak adierazten dute elkarrekintza elektromagnetikoa bigarrena dela. Hala eta guztiz ere, 2012an zientziaren aurrerapauso bat izan zen eta beste partikula bat berehala bihurtu zen ezaguna. Mundu zientifikoaren iraultza Higgs bosoiaren aurkikuntzarekin antolatu zen, eta horrek, hala ere, lepton eta quarken arteko elkarrekintzaren arduradun gisa balio du.

Horregatik, fisikariek orain esaten dute bosgarren indarra agertu zela, Higgs bosoi baten bitartekaritza. Hemen ere urratzen da simetria: Higgs bosoiak masa du. Horrela, elkarreragin kopurua (partikula fisiko modernoaren hitza "indarra" hitza ordezkatuz) bost baino gehiago lortu da. Beharbada, aurkikuntza berriak bilatzen ari gara, ez baitago zehazki ezagutzen horrelako elkarreraginik. Oso posible da orain aztertzen ari garen eredua, eta munduan ikusitako fenomeno guztiak erabat azaltzen direla dirudi, ez da oso osorik. Eta posible da pixka batean interakzio berriak edo indar berriak agertuko direla. Probabilitate hori existitzen da, pixkanaka-pixkanaka ikasi dugulako gaur egun ezagutzen ditugun oinarrizko elkarrekintzak, ahulak, elektromagnetikoak eta grabitaziokoak direla. Azken finean, badaude partikula supersimetrikoetan izaki bizidunak direnak, mundu zientifikoan mintzatzen direnak, simetriaren berri izatea, eta simetriak partikula berrien eta horien arteko bitartekarien itxura ematen du beti. Horrela, lehen mailako indar ezezagun bati buruz entzungo dugu, harritu egin zenean, adibidez, interakzio elektromagnetiko eta ahulak daude. Gure izaera ezagutzera oso osorik dago.

interkonektibitateari

Interesgarriena da elkarrekintza berri guztiek fenomeno guztiz ezezaguna dutela. Esate baterako, elkarrekintza ahulari buruz ez bagenu jakingo, inoiz ez genuke desintegrazio bat aurkitu, eta desintegrazioan gure jakintzarik ez balego, erreakzio nuklearraren azterketa ezinezkoa izango litzateke. Eta ez genekien erreakzio nuklearrak ez genituzkeela ulertuko nola eguzkiak guretzat distira egiten duen. Azken finean, argia ez balitz, Lurraren bizitza ez zen osatuko. Beraz, elkarrekintzaren presentziak iradokitzen du hori oso garrantzitsua dela. Elkarrekintza indartsurik ez balego, ez dago atomo nukleorik egonkorik. Elkarrekintza elektromagnetikoari esker, Lurra eguzkiaren energia jasotzen du eta planetatik berotzen den argiaren izpiak. Eta ezagutzen ditugun elkarrekintzak guztiz beharrezkoak dira. Hemen da Higgs, adibidez. Higgs bosonek partikula masa ematen dio eremuarekin elkarreraginaren bidez, ez genuke bizirik iraun. Eta nola geratzen zaigu planetaren gainazalean elkarrekintza grabitazionalik gabe? Ezinezkoa izango litzateke ez bakarrik guretzat, baizik eta ezerk.

Absolutuki elkarrekintza guztiak, oraindik ez dakiteenak, gizakiak badaki, ulertzen eta maite egiten duen guztia beharra da. Zer ez dakigu? Bai askoz. Adibidez, protoia egonkorra da nukleoan. Estabilidad es muy importante para nosotros, de lo contrario, no existiría ninguna vida de la misma manera. Hala ere, esperimentuak protoi baten bizitza denbora kopuru mugatua den adierazten dute. Luzea, jakina, 10 ³⁴ urte. Horrek esan nahi du, geroago edo geroago, protoia desegingo dela, eta horregatik, beharrezkoa izango da indar berri bat, hau da, elkarrekintza berri bat. Protonaren desintegrazioari dagokionez, badira jadanik teoriak, simetria-maila handiagoa eta askoz ere handiagoa dela eta, hortaz, elkarrekintza berri bat ere badago, oraindik ez dakiguna.

Great Unification

Naturaren batasunean, printzipio bakarra da oinarrizko elkarrekintza guztiak eraikitzea. Jende askok horrelako galderei buruz eta zenbateko jakin horren arrazoiak ditu. Hemen eraikitako bertsio ugari daude eta oso desberdinak dira haien ondorioetan. Azaldu moduei buruzko oinarrizko elkarreragin batzuk, hala nola, baina ebidentziaren oinarrizko printzipio bakarra dute. Elkarreragin mota desberdinen artean beti interaktiboak konbinatzen saiatzen dira. Horregatik, teoria horiek batasun handiaren teoriak deitzen zaizkie. Mundu-zuhaitz adarkatze bat bezala: adar asko dago, baina enborra beti da.

Dena den, teoria horiek guztiak lotzen dituen ideia bat delako. Elkarreragin ezagun guztien erroa bakar bat da, enbor bat elikatzen duena, eta simetria galtzearen ondorioz, oinarrizko elkarreraginak bateratzen eta osatzen hasi zen, esperimentuan behatzeko. Hipotesi hori ezin da oraindik egiaztatu gaur egungo esperimentuen eskuragarritasun ezegonkorrak diren energia oso altua duten fisikari eskatzen baitu. Energia horiek ere ez ditugu inoiz nagusi izango. Baina zailtasun horri esker, oso posible da.

Horrez gain

Unibertsoa, azeleragailu natural hori eta bertan gertatzen diren prozesu guztiak ditugu, elkarrekikotasun ezagun guztien erro bakarrarekin erlazionatutako hipotesien ausardia ere probatu ahal izateko. Naturan izandako elkarrekintzak ulertzeko beste zeregin interesgarri bat, agian, zailagoa da. Beharrezkoa da nola grabitazioa naturaren indarren gainerakoarekiko. Funtsezko elkarrekintza hori bereizita balitz bezala da, nahiz eta eraikuntza printzipioaren arabera, teoria hori beste guztien antzekoa den.

Einsteinek grabitazioaren teorian aritu zen, elektromagnetismoarekin lotzen saiatu nahian. Arazo hori konpontzeko errealitate aparta izan arren, teoria ez zen burutu. Orain gizateriak pixka bat gehiago daki, nolanahi ere, elkarrekintza sendo eta ahula dakigu. Eta teoria bakar hori osatuz gero, ezinbestean ezagutza eza berriro kaltetuko da. Orain arte, grabitateak ez du beste elkarrekintza bateratzen, fisikaren kuantifikazioak legeak betetzen baititu eta grabitateak ez. Teoria kuantikoaren arabera, partikula guztiak eremu jakin bateko kuantikoak dira. Baina grabitate kuantikoa ez da existitzen, orain dela gutxienez. Hala ere, dagoeneko irekitako elkarreraginen kopurua ozenki esaten da ezin dela eskema bakarra izan.

Eremu elektrikoa

1860. urtearen hasieran, XIX. Mendeko fisikari handia, James Maxwell, indukzio elektromagnetikoari buruzko teoria bat sortu zuen. Eremu magnetikoa denboran zehar aldatzen denean, eremu elektriko bat espazio jakin batean sortzen da. Eremu honetan itxiera-ero bat aurkitzen bada, elektrizitate-eremuko indukzio-korrontea agertuko da. Bere eremu elektromagnetikoen teoriaren arabera, Maxwell-ek frogatzen du alderantzizko prozesua ere litekeena dela: espazio jakin batean eremu elektrikoa denbora aldatzen denean eremu magnetikoa nahitaez agertuko dela. Horrek esan nahi du eremu magnetikoaren denboraren aldaketak eremu elektriko aldakorraren itxura eragiten duela eta eremu elektrikoa aldatuz eremu magnetiko desberdinak lortzea. Aldagai horiek, elkarren artean sortzen direnak, eremu bakar bat osatzen dute: elektromagnetikoak.

Maxwell-en teoriaren formula batetik datorren emaitza garrantzitsuena, olatu elektromagnetikoak direla iragartzea da, hau da, denboran eta espazioan eremu elektromagnetikoak hedatzen. Eremu elektromagnetikoaren iturburua azelerazioarekin mugitzen ari den karga elektrikoa da. Soinua (elastikoa) olatuak ez bezala, olatu elektromagnetikoak edozein substantzia hedatzen dira, baita hutsean ere. Hutsean elkarrekintza elektromagnetikoa argiaren abiaduran hedatzen da (c = 299.792 kilometro segundoko). Uhin-luzera desberdina izan daiteke. Olatu elektromagnetikoak hamar milimetro eta 0.005 metrokoak dira. Irrati-uhinak informazioa transmititzeko balio dute, hau da, haririk gabeko distantzia jakin batzuetarako seinaleak. Irrati uhinak uneko korrontean sortzen dira maiztasun handietan, antenan sartzen direnak.

Zein dira olatuak?

Erradiazio elektromagnetikoaren uhin-luzera 0.005 metroko 1 mikrometroa da, hau da, irrati uhinen artean eta argi ikusgaiaren artean dagoen distantzia erradiazio infragorria da. Berotzen diren gorputz guztiak igortzen ditu: bateriak, labeak, argiztapen lanpara. Gailu bereziek erradiazio infragorriak argi ikusgai bihurtzen dituzte objektuak ateratzen dituzten irudiak lortzeko, baita iluntasunean ere. Argia ikusezina 770 eta 380 nanometroko luzera duten uhinak igortzen ditu - gorria eta morea. Espektroaren zati honek giza bizitzaren esanahi handia du, munduari buruzko informazioaren zati handi bat jasotzen baitugu ikuspegiaren laguntzarekin.

Erradiazio elektromagnetikoak uhin-luzera kolore morea baino txikiagoa bada, bakterio patogenoak hiltzen dituen ultramore bat da. Ez da begiradun izpiak. Gaia argia argi ikusgai geruza ia ez dute xurgatzen. X izpien erradiazioak gizakiaren eta animalien barne organoen gaixotasunak diagnostikatzen ditu. Erradiazio elektromagnetikoak oinarrizko partikulen elkarreraginetik sortutako eta nukleo ilunduz igortzen bada, gamma erradiazioa lortzen da. Espektro elektromagnetikoen gama zabalena da, energia altua ez delako. Gamma erradiazioa biguna eta gogorra izan daiteke: atomo nukleoetan transizio energetikoak epelak dira eta erreakzio nuklearrak zurrunak dira. Quanta hauek molekulak eta biologikoak dira bereziki. Gamma erradiazioak ezin du atmosferara pasatu zoriontasun handia. Gamma quanta behatu espazioa izan daiteke. Energia ultramoreetan, elkarrekintza elektromagnetikoa argiaren hurbileko abiaduran hedatzen da: gamma quantak atomoen nukleoa zapaltzen du eta gainetik alde egiten duten partikulak hausten ditu. Balaztatzean, argia ikusten da teleskopio berezietan.

Iraganetik etorkizuna

uhin elektromagnetikoak, esan bezala, Maxwell-ek iragarri. arretaz aztertu zuen, eta matematika apur bat inozoa argazkiak Faraday, eta bertan fenomeno magnetikoak eta elektrikoak irudikatu zituzten sinesten dutenean. Maxwell aurkitutako simetria falta bat izan zen. Eta txandakatuz eremu elektrikoak sortzen duten magnetikoa eta alderantziz Ekuazio kopuru bat frogatzeko gai izan zela. Hau ekarri zion eremuak, hala nola, sinesten eta deskonektatzea batetik eroale abiadura erraldoi batzuekin hutsean bidez mugitzen dira. Eta hurrena zuen. Abiadura hurbil milaka trohstam segundoko kilometro izan zen.

Hori elkarrekintza teoria eta esperimentua da. Adibide bat inaugurazio horren bidez uhin elektromagnetikoak existentzia buruz ikasi dugu. Elkarrekin etorri da fisika kontzeptu erabat heterogeneoa laguntzarekin - magnetismoa eta elektrizitatea, ordena berean fenomeno fisiko bat da, besterik ez da alde desberdinak komunikazio daude. Teoriak bestearen atzetik inork antolatuta, eta horiek guztiak elkarri estu lotuta daude: electroweak elkarrekintza teoria, adibidez, non posizio berean ahula indar nuklearra eta elektromagnetikoak, etab Hori guztia kromodinamika kuantikoaren uztartzen du, interakzio sendo eta electroweak estaltzen (hemen, zehaztasun-k azaldu for berriz, txikiagoa baina eragiketa jarraitzen). Intentsiboa aztertu arlo fisikariek esaterako grabitatearen kuantikoa eta katea teoria gisa.

aurkikuntza

Bihurtzen da espazio inguratzen gaituen guztiz erradiazio elektromagnetikoak permeated: izarrak eta eguzkia, ilargia eta beste erakunde zeruko, Lurra bera, eta gizon baten eskuetan telefono guztietan, eta antena geltokiak da - hori guztia igortzen izen desberdinetako uhin elektromagnetikoak . gorabeherak maiztasuna, zein igortzen objektuaren datoz infragorria, irratia, argi ikusgaia, bio-eremua izpiak, X izpiak eta antzekoak arabera.

Noiz eremu elektromagnetikoak banatuko da, uhin elektromagnetiko bat bihurtzen da. da, besterik gabe, energia iturri agortezina, dar-dar molekulak eta atomoak karga elektrikoa. Eta karga kulunkatzen bada, bere mugimenduaren bizkortu da, eta, beraz, uhin elektromagnetikoak igortzen. Eremu magnetiko aldaketak bada, eremu da zurrunbilo elektriko horrek, aldi berean, eragiten du magnetiko zurrunbilo eremu ilusioa. Prozesua espazioa pasatzen, puntu bat bestearen atzetik besarkatzen.