Этапы развития физики ядра и элементарных частиц

2. 3 Фотоны, промежуточные ( или векторные) бозоны, гравитоны и глюоны.

Все эти частицы являются переносчиками одного из четырех фундаментальных взаимодействий, поэтому одновременно с рассмотрением каждой из частиц, будем рас- сматривать и соответствующее взаимодействие. В настоящее время в природе известно четыре вида фундаментальных взаимодействий: электромагнитное, гравитационное, слабое и сильное.
а). Электромагнитное взаимодействие. Оно сводится к взаимодействию электрических зарядов (и магнитных моментов) частиц с электромагнитным полем. Электромагнитное взаимодействие (ЭВ) обеспечивает связь электронов в атомах, ионов в кристаллах, атомов в молекулах. Электромагнитное взаимодействие (наряду с тяготением) играет основную роль в окружающем нас макроскопическом мире. Им объясняются непосредственно воспринимаемые нами силы природы: упругие, вязкие, молекулярные, химические и пр. ЭВ обладает бесконечным радиусом и сравнительно большой интенсивностью, благодаря чему активно проявляется на всех масштабных уровнях: в мегамире, макромире и микромире. С квантовой точки зрения носителем электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного поля (фотоны), а процесс электромагнитного взаимодействия сводится к испусканию и поглощению виртуального фотона.
б). Гравитационное взаимодействие. Оно доминирует в случае макроскопических масс (планет, звезд). Но в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, это взаимодействие ничтожно. Предполагается, что носителями гравитационного взаимодействия являются кванты поля тяготения − гравитоны. В настоящее время их существование не обнаружено. Радиус действия электромагнитного и гравитационного взаимодействий не ограничен.
в). Слабое взаимодействие. Слабое взаимодействие вызывает, например, β-распад радиоактивных ядер и, наряду с электромагнитными силами, объясняет поведение лептонов. Оно является короткодействующим, радиус действия порядка 10 ^-16 см. Интенсивность слабого взаимодействия гораздо меньше интенсивности электромагнитного взаимодействия. Носителем слабого взаимодействия являются векторные бозоны W ⁺ , W^- и Z°. Частицы W ⁺ и W^- обладают единичным положительным и отрицательным зарядом соответственно, частица Z° − нейтральная. Это тяжелые частицы. В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы .

г) Сильное ( ядерное) взаимодействие. Сильное взаимодействие обеспечивает самую сильную связь элементарных частиц, в частности, связь между нуклонами в атомных ядрах. Оно присуще большинству элементарных частиц, так называемых адронов (протон, нейтрон, гипероны, мезоны и т.д.). Сильное взаимодействие - короткодействующее, радиус его действия порядка 10 -13 см. Сильное взаимодействие не зависит от знака электрического заряда взаимодействующих частиц, т.е. обладает зарядовой независимостью. Оно также обладает свойством насыщения, т.е. в атомном ядре каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов. По современным представлениям сильное взаимодействие осуществляется путем обмена между кварками, из которых состоят адроны, частицами с нулевой массой покоя и спином 1 − глюонами. Предполагается существование восьми глюонов.

В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействия, элементарные частицы, за исключением фотона и гравитона, разбивают на две группы − адроны и лептоны. Адроны участвуют в сильном взаимодействии, наряду с электромагнитным и слабым; лептоны участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. Остановимся несколько подробнее на адронах. Адроны обладают сложной внутренней структурой. Они разделяются на две подгруппы: барионы и мезоны (включая барионные и мезонные резонансы. Резонансами назвали частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия, с временем жизни порядка 0 с. Барионами называют адроны с полуцелым спином и массами, не меньшими массы протона. К ним относятся нуклоны (протоны и нейтроны) и гипероны (Λ° ,∑+, ∑°, Ω^-и др.). Нуклоны − самые легкие барионы. Протон − единственный стабильный барион, все остальные барионы нестабильны и путем последовательного распада превращаются в нуклоны и легкие частицы: π- мезоны, электроны, нейтрино, γ-кванты. Все барионы обладают отличным от нуля барионным зарядом, суммарная величина которого сохраняется во всех взаимных превращениях элементарных частиц. Мезонами называют нестабильные адроны, обладающие нулевым или целочисленным спином. Сюда относятся π-мезоны, К-мезоны и др. Свое название они получили потому, что массы первых открытых мезонов имеют промежуточное значение между массами протона и электрона ( от греческого " промежуточный"). В дальнейшем было открыто много мезонов, масса которых превосходит массу протона.