Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 3.6.1.3 Слабка взаємодія

За величиною електричні сили набагато перевершують гравітаційні, тому, на відміну від слабкої гравітаційної взаємодії, електричні сили, що діють між тілами звичайних розмірів, можна легко спостерігати. Електромагнетизм відомий людям, з незапам'ятних часів (полярні сяйва, спалахи блискавки й ін.).

Протягом тривалого часу електричні н магнітні процеси вивчалися незалежно одні від інших. Як ми вже знаємо, вирішальний крок у пізнанні електромагнетизму зробив у середині XIX ст. Дж. К. Максвелл, який об'єднав електрику й магнетизм у єдину теорію електромагнетизму - першу єдину теорію поля.

Існування електрона (одиниці електричного заряду) було доведене в 90-і pp. XIX ст. Але не всі матеріальні частинки є носіями електричного заряду. Електрично нейтральними є, наприклад, фотон і нейтрино. У ньому відмінність електрики від гравітації. Усі матеріальні частинки створюють гравітаційне поле, тоді як електромагнітне поле пов'язане тільки із зарядженими частинками.

Тривалий час загадкою була і сама природа магнетизму. Як і електричні заряди, однойменні магнітні,полюси відштовхуються, а різнойменні — притягаються. На відміну від електричних зарядів, магнітні полюси зустрічаються не порізно, а тільки парами — північний полюс і південний. Добре відомо, що у звичайному магнітному стрижні один кінець діє як північний полюс, а інший — як південний. Ще з найдавніших часів робилися спроби одержати за допомогою поділу магніту лише один ізольований магнітний полюс — монополь. Але всі вони закінчувалися невдачею: при розрізанні виникали два нових магніти, кожний з який мав і північний, і південний полюси. Можливо, існування ізольованих магнітних полюсів у природі виключено? Однозначної відповіді на це питання поки що не існує. Деякі сучасні теорії допускають можливість існування монополя.

Електрична й магнітна сили (як і гравітація) є дальнодіючими, їхня дія відчутна на великих відстанях від джерела. Електромагнітна взаємодія виявляється на всіх рівнях матерії - у мегасвіті, макросвіті і мікросвіті. Як і гравітація, вона підпорядковується закону обернених квадратів.

Електромагнітне поле Землі простягається далеко в космічний простір, могутнє поле Сонця заповнює всю Сонячну систему; існують і галактичні електромагнітні поля. Електромагнітна взаємодія визначає також структуру атомів і відповідає за переважну більшість фізичних і хімічних явищ і процесів (за винятком ядерних). До неї зводяться всі звичайні сили: сили пружності, тертя, поверхневого натягу, вона визначає агрегатні стани речовини, оптичні явища й ін.

3.6.1.3 Слабка взаємодія

До виявлення існування слабкої взаємодії фізика просувалася повільно. Слабка взаємодія відповідальна за розпадання частинок; з її проявом зіштовхнулися після відкриття радіоактивності й дослідження бета-розпаду.

У бета-розпаду виявилася найвищою мірою дивна особливість. Дослідження приводили до висновку, що в цьому розпаді начебто порушується один із фундаментальних законів фізики — закон збереження енергії. Здавалося, що частина енергії кудись зникала. Щоб "врятувати" закон збереження енергії, В. Паулі припустив, що при бета-розпаді разом з електроном вилітає, несучи із собою відсутню енергію, ще одна частинка. Вона нейтральна і має надзвичайно високу проникну здатність, унаслідок чого її не вдавалося слостерііати. Е. Фермі назвав частинку-невидимку "нейтрино".

Але пророкування нейтрино - це тільки початок проблеми, її постановка. Потрібно було пояснити природу нейтрино, але тут залишалося багато загадкового. Справа в тому, що електрони й нейтрино могли випромінювати лише нестабільні ядра. Але було незаперечно доведено, що всередині ядер немає таких частинок. Як же вони виникали? Було висловлено припущення, що електрони й нейтрино не існують у ядрі в "готовому вигляді", а якимось чином утворюються в процесі розпаду ядра. Подальші дослідження показали, що нейтрони, які входять до складу ядра, полишені самі на себе, через кілька хвилин розпалаються на протон, електрон і нейтрино, тобто замість однієї частинки з'являється три нові. Аналіз приводив до висновку, що відомі сили не можуть викликати такий розпад. Він, очевидно, породжувався якоюсь іншою, невідомою силою. Дослідження показали, що цій силі відповідає деяка слабка взаємодія.

Слабка взаємодія за величиною значно менша від усіх взаємодій, крім гравітаційної, і в системах, де вона присутня, ефекти слабкої взаємодії знаходяться в тіні електромагнітної та сильної взаємодій. Крім того, слабка взаємодія поширюється на дуже незначні відстані. Радіус слабкої взаємодії луже малин. Слабка взаємодія припиняється на відстані, більшій за 10 ,н м віл джерела, і тому вона не може впливати на макроскопічні об'єкти, а обмежується мікросвітом, субатомними частинками. Коли почалося лавиноподібне відкриття великої кількостіі нестабільних суб'ядерних частинок, то виявилося, що більшість з них беруть участь у слабкій взаємодії.

Теорію слабкої взаємодії було створено наприкінці 60-х pp. З моменту побудови Максвеллом теорії електромагнітного поля створення цієї теорії стало найбільшим кроком па шляху до єдності фізики.