Elementær interaksjon

Fire elementære interaksjoner er ansvarlige for alle de fysiske fenomenene som observeres i universet , og hver manifesterer seg med en kraft som kalles grunnleggende kraft . Dette er:

I klassisk fysikk ble tyngdekraftens lover og elektromagnetisme ansett som aksiomer . Imidlertid i kvantefeltteori , beskrives disse kreftene ved utveksling av virtuelle bosoner : standardmodellen for partikkelfysikk beskriver sterke, svake og elektromagnetiske interaksjoner, men en kvantefeltsteori er ennå ikke utviklet for gravitasjon.

Kreftene til disse grunnleggende kreftene er normalt veldig forskjellige (se nedenfor), men når partiklenes kinetiske energi øker, kommer kreftene nærmere. De fire kreftene antas å ha samme styrke ved de ekstremt høye energiene som var i spill like etter Big Bang i løpet av Planck-tiden .

Sterk interaksjon

Den sterke kjernefysiske interaksjonen har følgende egenskaper:

det er ansvarlig for kohesjonen av alle hadronene ( baryoner og mesoner ), det vil si alle partiklene som er sammensatt av kvarker ; det er indirekte ansvarlig for kohesjonen av atomkjerner ;
rekkevidde bare 2,5 · 10 −15 m (0,000 000 000 000 0025 m), fordi fargeladningen ikke ser ut som ”naken” på større avstander (se Fargeinneslutning );
den kraftigste av alle kjente interaksjoner;
transporteres med gluoner .

Elektromagnetisk interaksjon

Den elektromagnetiske interaksjonen har følgende egenskaper:

ansvarlig for de fleste hverdagsfenomener: lys , elektrisitet og magnetisme , kjemi ... For eksempel holder den magnetiske dekorasjoner på de vertikale veggene i kjøleskapet ditt;
i prinsippet ubegrenset handlingsradius. Men i praksis har de positive og negative ladningene en tendens til å nøytralisere hverandre;
kan være attraktivt eller avstøtende avhengig av tegn på elektriske ladninger; dette gjelder også de såkalte nord- og sørpolene til en magnet;
hundre ganger svakere enn det sterke samspillet;
båret av fotonet .

Svak interaksjon

Den svake kjernefysiske interaksjonen har følgende egenskaper:

ansvarlig for en av typene radioaktivitet , beta-radioaktivitet , det spiller også en viktig rolle i kjernefusjon (som i sentrum av solen );
veldig kort rekkevidde, 10 −17 m;
10 5 ganger mindre kraftig enn den sterke kjernefysiske styrken;
transportert med tunge bosoner : Z 0 , W + og W - .

Gravitasjon

Den gravitasjon er fenomenet interaksjons fysikk som forårsaker tiltrekning resiproke verdi av den kroppsmassen mellom dem, under påvirkning av sin masse . Det blir observert daglig på grunn av den jordiske tiltrekningen som holder oss på bakken. Gravity er ansvarlig for flere naturlige manifestasjoner: tidevann , den bane av planetene rundt solen , den sphericity av de fleste himmellegemer er noen eksempler. Mer generelt bestemmes den store strukturen i universet av tyngdekraften.

Den gravitasjon har følgende egenskaper:

det er dominerende for de store strukturene i universet fordi det alltid er attraktivt og ikke kan nøytraliseres som elektromagnetiske krefter;
ubegrenset handlingsradius;
den svakeste av alle interaksjoner, 10 38 ganger svakere enn den sterke kjernefysiske interaksjonen (dvs. hundre milliarder milliarder milliarder milliarder milliarder ganger svakere);
tyngdekraftsvektoren er fremdeles ukjent den dag i dag. Imidlertid avgir visse hypoteser ideen om at en partikkel er i utgangspunktet: graviton .

Tabelloversikt

Interaksjon	Gjeldende teori	Meglere	Masse (GeV / c 2 )	Omtrentlig relativ kraft	Handlingsradius (m)	Avstand avhengighet
Sterk	Chromodynamique quantum (QCD)	8 lim	0	1	2,5 10 −15	${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Elektromagnetisk	Quantum elektro (QED)	foton	0	10 -2	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$
Lav	Elektrovekk teori	W + , W - , Z 0	80, 80, 91	10 -5	10 −18	${\ frac {1} {r ^ {5}}}$ på ${\ frac {1} {r ^ {7}}}$
Gravitasjon	Generell relativitet	graviton (postulert)	0	10 -40	∞	${\ frac {1} {r ^ {2}}}$

Kort historie om forening av elementære interaksjoner

Den XIX th århundre så samlingen av elektrisitet og magnetisme . I løpet av XX th århundre, elektrosvake teorien ble først utviklet til å forene elektromagnetisme med svak interaksjon (av Abdus Salam , Steven Weinberg , Sheldon Lee Glashow , Nobelprisen i fysikk 1979). Den sterke interaksjonen kunne forenes på 1970-tallet med de to første som ga standardmodellen for partikkelfysikk , og spådommene ble verifisert like etter i partikkelakseleratorer . Imidlertid, selv om disse interaksjonene er beskrevet i et felles rammeverk, er intensiteten til de tre kreftene, også kalt koblingskonstanter , ikke den samme. Imidlertid er disse konstantene bare konstante i omtrentlig forstand. Verdien deres endres avhengig av omfanget av involverte energier. Det faktum at koblingskonstanten til den svake interaksjonen varierer mye raskere enn elektromagnetismens, gjorde deres forening relativt enkel, så vel som den eksperimentelle verifiseringen av denne foreningen. Utvalget av energier de møtes med er fremdeles tilgjengelig for eksperimenter på akseleratorer.
Målet med store foreningsteorier er å gi på den ene siden en enhetlig beskrivelse av de tre kreftene der de har den samme koblingskonstanten (beskrivelse som vil være gyldig i meget store energiskalaer i størrelsesorden 10 15 GeV ), og på den annen side en mekanisme der denne symmetrien mellom de tre kreftene brytes ved energiskalaene vi for tiden observerer.

Til slutt nevner ikke alle disse beskrivelsene gravitasjon, hvis innflytelse forblir ubetydelig så lenge de involverte energiene er lave sammenlignet med Planck-skalaen , i størrelsesorden 10 18 GeV, men hvis effektive koblingskonstant til denne energien slutter seg til den av de andre interaksjonene. Ettersom Big Bang- teorien informerer oss om at universet i sine aller første øyeblikk opplevde en veldig varm og veldig tett fase, kalt Planck-tiden , er det akseptert at en korrekt beskrivelse av dette uruniverset krever å ha en kvanteteori om gravitasjon til rådighet. . Flere kandidatteorier blir utviklet for å gi denne kvantetyngdekraften. Dette er på den ene siden strengteorien som også setter seg som mål å beskrive de andre interaksjonene på disse skalaene (vi snakker om teorien om helheten ) og kvantegravitasjonen med sløyfer som er mindre ambisiøs og bare tar sikte på å beskrive gravitasjon uten å inkludere andre interaksjoner.

Merknader og referanser

" Standardmodellen | CERN ” , på home.cern (åpnet 6. mai 2016 )

Se også

Ekstern lenke

CEA: De fire grunnleggende interaksjonene

Relaterte artikler