Фундаментальные взаимодействия

1. Все процессы, в которых участвуют элементарные частицы, обусловлены взаимо­действиями между ними. В настоящее время различают четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие свойственно частицам, называемым адронами [hadros (греч.) — сильный, массивный, крупный], к числу которых принадлежат, в частности, протон p и нейтрон n. Наиболее известное его проявление – ядерные силы, обеспечивающие существование атомных ядер. Примеры процессов, вызываемых сильным взаимодействием, – реакции рождения антипротона и антинейтрона, реакции рождения странных частиц.

В электромагнитном взаимодействии, наиболее известном и наиболее изученном, непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны. Одно из его проявлений – кулоновские силы, обусловливающие существование атомов. Именно электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств вещества. Оно же ответственно за процессы рождения и аннигиляции электрон-позитронной пары, за распад нейтрального пиона

                                         (3.2.1)

за комптоновское рассеяние, за процессы упругого рассеяния электронов на ядрах, протонах, на других электронах и т. д.

Слабое взаимодействие присуще всем частицам, кроме фотонов. Наиболее извест­ное его проявление – бета-превращения атомных ядер. Оно же обеспечивает нестаби­льность многих элементарных частиц, например нейтрона. Примерами слабых процес­сов служат также распады мюонов и пионов. В последние годы интенсивно изучаются слабые процессы рассея­ния нейтрино и антинейтрино на атомных ядрах, протонах и электронах. Заметим, что в этом отношении нейтрино — уникальные частицы, так как они могут участвовать только в слабом взаимодействии (если не считать гравитационного).

Гравитационное взаимодействие свойственно всем телам Вселенной, проявляясь в виде сил всемирного тяготения. Эти силы обусловливают существование звезд, планетных систем и т. п. Гравитационное взаимодействие предельно слабое и в мире элементарных частиц при обычных энергиях непосредственной роли не играет. Здесь гравитация становится существенной лишь при энергиях R ~ 10²⁸ эВ, которые соответствуют расстояниям R ~10 ^–35 м (!).

2.Фундаментальные взаимодействия различаются интенсивностями I_i радиусами действия R_i и характерными временами τ_i.

Таблица 3.1

Взаимодействие	Интенсивность	Радиус R, м	Время τ, с	Законы сохранения
S E W G	1 10–2 – 10–3 10–10 10–38	10–15   10–17	10–23 10–20 10–13 ?	Все Все, кроме T W, p, J, q, B, L ?

Здесь индексы – символы взаимодействий: S – сильное (strong), E – элект­ромагнитное (electromagnetic), W – слабое (weak), G –гравитационное (gravitational). Таким образом, среди взаимодействий, которые существенны в мире элементарных частиц, сильное – самое интенсивное, слабое – наименее интенсивное, откуда и их названия.