Виды взаимодействий элементарных частиц

В настоящее время считается, что в микромире действуют четыре типа сил. Переносчиком ядерных сил или ядерного взаимодействия, которое также часто называют сильным взаимодействием, являются пионы.

Сильные взаимодействия управляют всеми быстрыми процессами в микромире. Реакции, в которых главную роль играют сильные взаимодействия, идут с большой вероятностью. Элементарные частицы, способные на сильные взаимодействия, называются адронами. Так, уже из знакомых нам частиц адронами являются пионы, протоны и нейтроны. Характерные времена процессов, идущих под влиянием сильных взаимодействий, порядка 10-20—10-23 сек. Сильные взаимодействия отвечают за устойчивость атомных ядер. Ядерные силы являются короткодействующими силами, вступающими в игру только при тесном сближении элементарных частиц. Характерный радиус действия этих сил порядка 10-13 см.
Следующим по величине взаимодействием, играющим важнейшую роль в жизни микромира, является электромагнитное взаимодействие элементарных частиц. Переносчиком этого взаимодействия являются фотоны. Хотя электромагнитное взаимодействие слабее ядерного, его радиус действия чечен. Электрические заряды чувствуют друг друга на сколь угодно большом расстоянии. Связано это с безмассо-востью фотона — переносчика взаимодействия. Процессы, управляемые электромагнитным взаимодействием, протекают хотя и медленнее ядерных процессов, но тем не менее достаточно быстро. Так, например, время жизни нейтрального пиона, равное 10-16 сек, является маленьким, поскольку распад его на два фотона вызывается именно электромагнитным взаимодействием. Время жизни такого порядка характерно для любых электромагнитных распадов элементарных частиц. Вероятности событий, вызываемых электромагнитным взаимодействием, достаточно велики. Это обстоятельство используется, например, для получения пучка гамма-квантов на электронных ускорителях. Существует электромагнитный процесс — тормозное излучение. Когда пучок ускоренных электронов попадает на мишень, электроны тормозятся в электромагнитном поле атомных ядер мишени. При этом торможении они выбрасывают целый поток фотонов.
Фотоны при полете разогнанных электронов через электромагнитное поле ядра разлетаются во все стороны. Но если электроны были разогнаны до релятивистских энергий (энергия много больше массы покоя), почти все фотоны уносятся в том же направлении, в котором летел электрон. Происходит это по той же причине, по которой осколки от разорвавшегося снаряда продолжают лететь в направлении первоначального полета снаряда, хотя при взрыве покоящегося снаряда осколки равномерно разлетаются во все стороны. Тормозных фотонов образуется много, и поэтому электронные ускорители служат одновременно источниками мощного гамма-излучения. С пучком гамма-квантов производятся исследования подобно исследованию с пучками электронов или протонов.
Еще один, идущий с большой вероятностью, электромагнитный процесс — рождение электронно-позитронной пары фотоном. Пучок фотонов от ускорителя дает при электромагнитном взаимодействии с ядрами мишени обильный урожай таких пар. Этот процесс дает простой способ для получения частиц антивещества — позитронов.

 

Виды взаимодействий элементарных частиц 2 часть
Виды взаимодействий элементарных частиц 3 часть

111