Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие - это тип физического взаимодействия, характеризуемый участием электромагнитного поля. Электромагнитное поле либо излучается, либо поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами.

Так, кулоновское притяжение между двумя неподвижными телами, обладающими разноименными электрическими зарядами, осуществляется посредством электрического поля, создаваемого этими зарядами. Если расстояние между телами значительно превышает их размеры, то сила притяжения

(закон Кулона)

Такая зависимость от расстояния отражает дальнодействующий характер электромагнитного взаимодействия, его неограниченный радиус действия (как и у гравитационного взаимодействия).

В отличие от гравитационного взаимодействия, при котором тела всегда притягиваются, электромагнитное взаимодействие может приводить как к притяжению, так и к отталкиванию между телами. Это отражает существование двух разноименных электрических зарядов: положительного и отрицательного. Разноименные заряды притягиваются, одноименные - отталкиваются. Свободные магнитные заряды в природе не обнаружены.

Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование основных кирпичиков вещества - атомов и молекул. Оно определяет взаимодействие положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов в этих микросистемах. Поэтому к электромагнитному взаимодействию сводится большинство сил, которые наблюдаются в макроскопических явлениях: силы упругости и трения, поверхностного натяжения в жидкостях и др.

Свойства различных агрегатных состояний вещества, химические превращения, электрические, магнитные и оптические явления определяются электромагнитным взаимодействием.

Электромагнитную природу имеет явление сверхпроводимости (сверхпроводимость - полное отсутствие сопротивления постоянному току у многих металлов и металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю). Электромагнитную природу имеет и явление сверхтекучести (сверхтекучесть - это свойство жидкого гелия протекать без трения сквозь тонкие капилляры и щели при температуре, ниже 2,17 К).

Электромагнитным взаимодействием обусловлены упругое и неупругое рассеяние электронов, позитронов и мюонов, процессы расщепления ядер фотонами и др.

Проявление электромагнитного взаимодействия широко используется в электротехнике, электронике, оптике, квантовой электронике.

Таким образом, электромагнитное взаимодействие обуславливает подавляющее большинство явлений окружающего нас мира.

Явления, в которых участвуют слабые, медленно меняющиеся электромагнитные поля, управляются законами классической электродинамики (слабость электромагнитного поля означает, что его энергия e <<mc2, где mc2 энергия покоя электрона, m - масса электрона; медленное изменение электромагнитного поля означает, что w <<e, где w -круговая частота изменения поля).

Для сильных или быстроменяющихся полей (e ~ mc2, e ~ w)определяющую роль играют квантовые явления. Кванты электромагнитного поля называются фотонами или - квантами. Они характеризуют корпускулярные свойства электромагнитного поля. Масса покоя фотона равна нулю, его электрический заряд тоже равен нулю, а скорость равна скорости света.

Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие – короткодействующее. Его радиус действия порядка 10-13см.

Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами. В обычном стабильном веществе при не слишком высокой температуре сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов. Его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами (протонами и нейтронами) в ядрах. Энергия связи в среднем составляет около 8 Мэв на нуклон. Однако при столкновениях ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией (порядка сотни Мэв), сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям: расщеплению ядер, превращению одних ядер в другие и т.п.

Начиная с энергий сталкивающихся нуклонов порядка нескольких сотен Мэв, сильное взаимодействие приводит к рождению П-мезонов. При еще больших энергиях рождаются К-мезоны и гипероны, и множество мезонных и барионных резонансов (резонансы - это короткоживущие возбужденные состояния адронов).

Слабое взаимодействие

Его радиус действия меньше 10-15см. Слабое взаимодействие на несколько порядков слабее не только сильного, но и электромагнитного. Однако оно гораздо сильнее гравитационного в микромире.

Первым обнаруженным и наиболее распространенным процессом, вызываемым слабым взаимодействием, является радиоактивный b-распад ядер. Этот тип радиоактивности был открыт в 1896 году А.А. Беккерелем. В процессе радиоактивного электронного /b^--/ распада один из нейтронов / n / атомного ядра превращается в протон / р / с испусканием электрона / е- / и электронного антинейтрино / /:

n ® p + е-+

В процессе позитронного /b⁺-/ распада происходит переход:

p® n + е++

В первой теории b-распада, созданной в 1934 году Э. Ферми, для объяснения этого явления потребовалось ввести гипотезу о существовании особого типа короткодействующих сил, которые вызывают переход

n ® p + е-+

Дальнейшее исследование показало, что введенное Ферми взаимодействие имеет универсальный характер. Оно обуславливает распад всех нестабильных частиц, массы которых и правила отбора по квантовым числам не позволяют им распадаться за счет сильного или электромагнитного взаимодействия. Слабое взаимодействие присуще всем частицам, кроме фотонов. Характерное время протекания процессов слабого взаимодействия при энергиях порядка 100 Мэв на 13-14 порядков больше характерного времени для сильного взаимодействия.

Необходимо учитывать, что сегодня уже в единую теорию объединены слабое и электромагнитное взаимодействия. Существует ряд теоретических схем, в которых делается попытка создать единую теорию всех типов взаимодействия. Однако эти схемы еще не настолько разработаны, чтобы можно было их проверять на опыте.