التفاعلات الأساسية وأنواعها. تفاعل

التفاعل في الفيزياء هو تأثير الأجسام أو الجزيئات على بعضها البعض، مما يؤدي إلى تغير في حركتها.

القرب والعمل بعيد المدى (أو العمل عن بعد). لطالما كانت هناك وجهتا نظر في الفيزياء حول كيفية تفاعل الأجسام. الأول منهم افترض وجود عامل ما (على سبيل المثال، الأثير)، والذي من خلاله ينقل جسم ما تأثيره إلى جسم آخر، ومعه السرعة النهائية. هذه هي نظرية العمل قصير المدى. أما الثاني فيفترض أن التفاعل بين الأجسام يحدث من خلال الفضاء الفارغ، الذي لا يشارك في انتقال التفاعل، ويتم النقل لحظيا. هذه هي نظرية العمل بعيد المدى. ويبدو أنها فازت أخيرًا بعد أن اكتشف نيوتن القانون الجاذبية العالمية. على سبيل المثال، كان يعتقد أن حركة الأرض يجب أن تؤدي على الفور إلى تغيير في قوة الجاذبية المؤثرة على القمر. بالإضافة إلى نيوتن نفسه، تم الالتزام بمفهوم العمل بعيد المدى لاحقًا من قبل كولومب وأمبير.

بعد اكتشاف ودراسة المجال الكهرومغناطيسي (انظر المجال الكهرومغناطيسي)، تم رفض نظرية الفعل بعيد المدى، إذ ثبت أن تفاعل الأجسام المشحونة كهربائيا لا يحدث بشكل فوري، بل بسرعة محدودة ( سرعة متساويةالضوء: ج = 3108 م/ث) وتؤدي حركة إحدى الشحنات إلى تغير في القوى المؤثرة على الشحنات الأخرى، ليس بشكل فوري، ولكن بعد مرور بعض الوقت. نشأت نظرية جديدةالتفاعل قصير المدى، والذي امتد بعد ذلك ليشمل جميع أنواع التفاعلات الأخرى. وبحسب نظرية الفعل قصير المدى فإن التفاعل يتم من خلال مجالات متناظرة تحيط بالأجسام وموزعة بشكل مستمر في الفضاء (أي أن المجال هو الوسيط الذي ينقل فعل جسم إلى جسم آخر). تفاعل الشحنات الكهربائية- من خلال المجال الكهرومغناطيسي، الجاذبية العالمية - من خلال مجال الجاذبية.

اليوم، تعرف الفيزياء أربعة أنواع التفاعلات الأساسيةالموجودة في الطبيعة (حسب الكثافة المتزايدة): الجاذبية والضعيفة والكهرومغناطيسية و تفاعل قوي.

التفاعلات الأساسية هي تلك التي لا يمكن اختزالها في أنواع أخرى من التفاعلات.

تفاعل تفاعل الجزيئات "نسبي نصف قطر العمل، م شدة الجاذبية كل شيء ما عدا الفوتون الكهرومغناطيسية الجسيمات المشحونة

تختلف التفاعلات الأساسية من حيث الشدة ومدى التأثير (انظر الجدول 1.1). نصف قطر العمل هو أقصى مسافة بين الجزيئات، والتي يمكن بعدها إهمال تفاعلها.

وفقًا لنصف قطر العمل، تنقسم التفاعلات الأساسية إلى طويلة المدى (الجاذبية والكهرومغناطيسية) وقصيرة المدى (ضعيفة وقوية) (انظر الجدول 1.1).

تفاعل الجاذبية عالمي: تشارك فيه جميع الأجسام في الطبيعة - من النجوم والكواكب والمجرات إلى الجسيمات الدقيقة: الذرات والإلكترونات والنوى. نطاق عملها هو ما لا نهاية. ومع ذلك، أما بالنسبة الجسيمات الأوليةالعالم الصغير، وللأشياء المحيطة بنا في عالم القوة الكبير تفاعل الجاذبيةصغيرة جدًا بحيث يمكن إهمالها (انظر الجدول 1.1). يصبح ملحوظًا مع زيادة كتلة الأجسام المتفاعلة وبالتالي يحدد السلوك الأجرام السماويةوتكوين وتطور النجوم.

التفاعل الضعيف متأصل في جميع الجسيمات الأولية باستثناء الفوتون. وهي مسؤولة عن الأغلبية التفاعلات النوويةالاضمحلال والعديد من التحولات من الجسيمات الأولية.

يحدد التفاعل الكهرومغناطيسي بنية المادة، حيث يربط الإلكترونات والنوى في الذرات والجزيئات، ويجمع الذرات والجزيئات في مواد مختلفة. ويحدد العمليات الكيميائية والبيولوجية. التفاعل الكهرومغناطيسي هو سبب ظواهر مثل المرونة والاحتكاك واللزوجة والمغناطيسية ويشكل طبيعة القوى المقابلة. وليس له تأثير كبير على حركة الأجسام العيانية المحايدة كهربائياً.

ويحدث التفاعل القوي بين الهادرونات، وهو ما يحمل النيوكليونات في النواة.

في عام 1967، أنشأ شيلدون جلاشو وعبد السلام وستيفن واينبرج نظرية تجمع بين الكهرومغناطيسية والمغناطيسية. تفاعل ضعيففي تفاعل كهرومغناطيسي واحد بمدى يتراوح بين 10 إلى 17 مترًا، يختفي خلاله الفرق بين التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية.

حاليًا، تم طرح نظرية التوحيد الكبير، والتي بموجبها لا يوجد سوى نوعين من التفاعلات: التفاعل الموحد، والذي يشمل التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية، وتفاعل الجاذبية.

هناك أيضًا افتراض بأن التفاعلات الأربعة جميعها هي حالات خاصة لظهور تفاعل واحد.

في الميكانيكا، يتميز الفعل المتبادل للأجسام على بعضها البعض بالقوة (انظر القوة). أكثر خاصية عامةالتفاعل هو الطاقة المحتملة(انظر الطاقة المحتملة).

تنقسم القوى في الميكانيكا إلى قوى الجاذبية والمرونة والاحتكاك. كما ذكرنا سابقًا، فإن طبيعة القوى الميكانيكية تتحدد من خلال تفاعلات الجاذبية والكهرومغناطيسية. فقط هذه التفاعلات يمكن اعتبارها قوى بمعنى الميكانيكا النيوتونية. تظهر التفاعلات القوية (النووية) والضعيفة على مسافات صغيرة جدًا لدرجة أن قوانين نيوتن في الميكانيكا، ومعها مفهوم القوة الميكانيكيةتفقد معناها. ولذلك فإن مصطلح "القوة" في هذه الحالات ينبغي أن يُنظر إليه على أنه "تفاعل".

1.1. جاذبية.

1.2. الكهرومغناطيسية.

1.3. التفاعل ضعيف .

1.4. مشكلة وحدة الفيزياء.

2. تصنيف الجزيئات الأولية.

2.1. مميزة الجسيمات دون الذرية.

2.2. لبتونات.

2.3. هادرونات.

2.4. الجسيمات هي ناقلات التفاعلات.

3. نظريات الجسيمات الأولية.

3.1. الديناميكا الكهربائية الكمومية.

3.2. نظرية الكوارك.

3.3. نظرية التفاعل الكهروضعيف.

3.4. الديناميكا اللونية الكمومية.

3.5. في الطريق إلى التوحيد العظيم.

مراجع.

مقدمة.

في النصف الأوسط والثاني من القرن العشرين، تم الحصول على نتائج مذهلة حقا في فروع الفيزياء التي تدرس البنية الأساسية للمادة. بادئ ذي بدء، تجلى هذا في اكتشاف مجموعة كاملة من الجسيمات دون الذرية الجديدة. وعادة ما يطلق عليها اسم الجسيمات الأولية، ولكن ليست جميعها أولية حقًا. ويتكون الكثير منها بدوره من جسيمات أولية أكثر. إن عالم الجسيمات دون الذرية متنوع حقًا. وتشمل هذه البروتونات والنيوترونات التي تشكل النوى الذرية، وكذلك الإلكترونات التي تدور حول النوى. ولكن هناك أيضًا جزيئات لم يتم العثور عليها عمليًا في المادة المحيطة بنا. مدة حياتهم قصيرة للغاية، فهي أصغر أجزاء من الثانية. وبعد هذا الوقت القصير للغاية، تتحلل إلى جزيئات عادية. هناك عدد مذهل من هذه الجسيمات قصيرة العمر غير المستقرة: عدة مئات منها معروفة بالفعل. في ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، كان الفيزيائيون في حيرة تامة من عدد وتنوع وغرابة الجسيمات دون الذرية المكتشفة حديثًا. يبدو أنه لا توجد نهاية لهم. من غير الواضح تمامًا سبب وجود الكثير من الجزيئات. هل هذه الجسيمات الأولية عبارة عن أجزاء فوضوية وعشوائية من المادة؟ أو ربما لديهم المفتاح لفهم بنية الكون؟ أظهر تطور الفيزياء في العقود اللاحقة أنه لا يوجد شك في وجود مثل هذا الهيكل. في نهاية القرن العشرين. بدأت الفيزياء في فهم أهمية كل من الجسيمات الأولية. يتميز عالم الجسيمات دون الذرية بنظام عميق وعقلاني. ويستند هذا الطلب على الأساسي التفاعلات الجسدية.

1. التفاعلات الجسدية الأساسية.

في الخاص بك الحياة اليوميةيواجه الشخص العديد من القوى المؤثرة على أجساده. هنا هي قوة الرياح أو تدفق المياه القادم، ضغط الهواء، إطلاق قوي للمواد الكيميائية المتفجرة، القوة العضلية البشرية، وزن الأشياء الثقيلة، ضغط الكمات الخفيفة، جذب وتنافر الشحنات الكهربائية، الموجات الزلزالية التي تسبب في بعض الأحيان دمارًا كارثيًا، وانفجارات بركانية أدت إلى موت الحضارة، وما إلى ذلك. تعمل بعض القوى بشكل مباشر عند ملامستها للجسد، بينما تعمل قوى أخرى، مثل الجاذبية، على مسافة عبر الفضاء. ولكن كما تبين نتيجة لتطور العلوم الطبيعية النظرية، وعلى الرغم من هذا التنوع الكبير، فإن كل القوى العاملة في الطبيعة يمكن اختزالها إلى أربعة تفاعلات أساسية فقط. هذه التفاعلات هي المسؤولة في نهاية المطاف عن جميع التغييرات في العالم؛ فهي مصدر جميع التحولات في الهيئات والعمليات. دراسة خصائص التفاعلات الأساسية المهمة الرئيسيةالفيزياء الحديثة.

جاذبية.

في تاريخ الفيزياء، أصبحت الجاذبية (الجاذبية) أول التفاعلات الأربعة الأساسية التي تكون موضوع البحث العلمي. بعد ظهوره في القرن السابع عشر. تمكنت نظرية نيوتن للجاذبية - قانون الجذب العام - لأول مرة من إدراك الدور الحقيقي للجاذبية كقوة من قوى الطبيعة. تتمتع الجاذبية بعدد من الميزات التي تميزها عن التفاعلات الأساسية الأخرى. الميزة الأكثر إثارة للدهشة في الجاذبية هي كثافتها المنخفضة. حجم تفاعل الجاذبية بين مكونات ذرة الهيدروجين هو 10n، حيث n = - 3 9، بناءً على قوة تفاعل الشحنات الكهربائية. (إذا تم تحديد أبعاد ذرة الهيدروجين عن طريق الجاذبية، وليس عن طريق التفاعل بين الشحنات الكهربائية، فإن مدار الإلكترون الأدنى (الأقرب إلى النواة) سيكون أكبر في الحجم من الجزء المرئي من الكون!) (إذا كان إذا تم تحديد أبعاد ذرة الهيدروجين عن طريق الجاذبية، وليس عن طريق التفاعل بين الشحنات الكهربائية، فإن مدار الإلكترون الأدنى (الأقرب إلى النواة) سيكون أكبر في الحجم من الجزء المرئي من الكون!). قد يبدو من المدهش أننا نشعر بالجاذبية على الإطلاق، لأنها ضعيفة للغاية. كيف يمكن أن تصبح القوة المهيمنة في الكون؟ الأمر كله يتعلق بالميزة الثانية المذهلة للجاذبية - عالميتها. لا يوجد شيء في الكون خالي من الجاذبية. كل جسيم يختبر تأثير الجاذبية وهو في حد ذاته مصدر للجاذبية. وبما أن كل جسيم من المادة يمارس قوة جذب، فإن الجاذبية تزداد مع تشكل كتل أكبر من المادة. نشعر بالجاذبية في حياتنا اليومية لأن كل ذرات الأرض تعمل معًا لجذبنا. وعلى الرغم من أن تأثير جاذبية ذرة واحدة لا يكاد يذكر، إلا أن قوة الجذب الناتجة من جميع الذرات يمكن أن تكون كبيرة. الجاذبية هي قوة طويلة المدى من الطبيعة. وهذا يعني أنه على الرغم من أن شدة تفاعل الجاذبية تتناقص مع المسافة، إلا أنها تنتشر في الفضاء ويمكن أن تؤثر على الأجسام البعيدة جدًا عن المصدر. على المستوى الفلكي، تميل تفاعلات الجاذبية إلى لعب دور رئيسي. بفضل العمل بعيد المدى، تمنع الجاذبية الكون من الانهيار: فهي تحمل الكواكب في مداراتها، والنجوم في المجرات، والمجرات في مجموعات، والمجموعات في Metagalaxy. إن قوة الجاذبية المؤثرة بين الجسيمات هي دائمًا قوة تجاذبية: فهي تميل إلى تقريب الجسيمات من بعضها البعض. لم يتم ملاحظة تنافر الجاذبية من قبل (على الرغم من وجود مجال كامل في تقاليد الأساطير شبه العلمية يسمى الإرتفاع - البحث عن "حقائق" مقاومة الجاذبية). وبما أن الطاقة المخزنة في أي جسيم تكون دائمًا موجبة وتعطيه كتلة موجبة، فإن الجسيمات تحت تأثير الجاذبية تميل دائمًا إلى الاقتراب. ما هي الجاذبية أو مجال معين أو مظهر من مظاهر انحناء الزمكان - لا توجد حتى الآن إجابة واضحة على هذا السؤال. وكما أشرنا سابقًا، هناك آراء ومفاهيم مختلفة لدى الفيزيائيين حول هذه المسألة.

الكهرومغناطيسية.

حسب الحجم القوى الكهربائيةتتجاوز بكثير قوى الجاذبية. وعلى عكس تفاعل الجاذبية الضعيف، يمكن بسهولة ملاحظة القوى الكهربائية المؤثرة بين الأجسام ذات الحجم الطبيعي. لقد عرف الناس الكهرومغناطيسية منذ زمن سحيق (الشفق القطبي، ومضات البرق، وما إلى ذلك). لفترة طويلة، تمت دراسة العمليات الكهربائية والمغناطيسية بشكل مستقل عن بعضها البعض. كما نعلم بالفعل، تم اتخاذ الخطوة الحاسمة في معرفة الكهرومغناطيسية في منتصف القرن التاسع عشر. جي سي ماكسويل، الذي جمع بين الكهرباء والمغناطيسية في نظرية موحدة للكهرومغناطيسية - أول نظرية المجال الموحد. لقد ثبت وجود الإلكترون بقوة في التسعينيات من القرن الماضي. من المعروف الآن أن الشحنة الكهربائية لأي جسيم من المادة تكون دائمًا مضاعفًا لوحدة الشحن الأساسية - وهي نوع من "الذرة" من الشحنة. لماذا هذا هو السؤال المثير للاهتمام للغاية. ومع ذلك، ليست كل جزيئات المواد حاملة للشحنة الكهربائية. على سبيل المثال، الفوتون والنيوترينو متعادلان كهربائيًا. وفي هذا الصدد، تختلف الكهرباء عن الجاذبية. جميع جزيئات المادة تخلق مجال جاذبية، بينما مع المجال الكهرومغناطيسيفقط الجسيمات المشحونة مرتبطة. مثل الشحنات الكهربائية، مثل الأقطاب المغناطيسية تتنافر، والأقطاب المعاكسة تتجاذب. ومع ذلك، على عكس الشحنات الكهربائية، لا توجد الأقطاب المغناطيسية بشكل فردي، ولكن فقط في أزواج - القطب الشماليوالقطب الجنوبي. منذ العصور القديمة، عُرفت محاولات الحصول على قطب مغناطيسي واحد معزول، عن طريق تقسيم المغناطيس، وهو أحادي القطب. لكنهم جميعا انتهىوا بالفشل. ربما وجود معزولة أقطاب مغناطيسيةمستحيل في الطبيعة؟ لا توجد إجابة محددة على هذا السؤال حتى الآن. تسمح بعض المفاهيم النظرية بإمكانية وجود احتكار. مثل التفاعلات الكهربائية والجاذبية، يخضع تفاعل الأقطاب المغناطيسية لقانون التربيع العكسي. وبالتالي فإن القوى الكهربائية والمغناطيسية "بعيدة المدى"، ويتم الشعور بتأثيرها على مسافات كبيرة من المصدر. وهكذا يمتد المجال المغناطيسي للأرض إلى الفضاء الخارجي. يملأ المجال المغناطيسي القوي للشمس النظام الشمسي بأكمله. هناك أيضًا مجالات مغناطيسية مجرية. يحدد التفاعل الكهرومغناطيسي بنية الذرات وهو مسؤول عن الغالبية العظمى من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية الظواهر الكيميائيةوالعمليات (باستثناء النووية).

التفاعل ضعيف .

لقد تحركت الفيزياء ببطء نحو تحديد وجود التفاعل الضعيف. القوة الضعيفة مسؤولة عن اضمحلال الجسيمات. ولذلك واجه ظهوره اكتشاف النشاط الإشعاعي ودراسة اضمحلال بيتا. تم العثور على اضمحلال بيتا في أعلى درجةميزة غريبة. أدت الأبحاث إلى استنتاج مفاده أن هذا الاضمحلال ينتهك أحد القوانين الأساسية للفيزياء - قانون الحفاظ على الطاقة. يبدو أنه في هذا الاضمحلال، اختفى جزء من الطاقة في مكان ما. من أجل "حفظ" قانون الحفاظ على الطاقة، اقترح دبليو باولي أنه مع الإلكترون، أثناء تحلل بيتا، ينبعث جسيم آخر. وهو محايد وله قدرة اختراق عالية بشكل غير عادي، ونتيجة لذلك لا يمكن ملاحظته. أطلق E. Fermi على الجسيم غير المرئي اسم "النيوترينو". لكن التنبؤ بالنيوترينوات واكتشافها ليس سوى بداية المشكلة، وصياغتها. كان من الضروري شرح طبيعة النيوترينوات، لكن بقي هناك الكثير من الغموض هنا. والحقيقة هي أن كلا من الإلكترونات والنيوترينوات قد انبعثت من نوى غير مستقرة. ولكن ثبت بما لا يقبل الجدل أنه لا توجد مثل هذه الجسيمات داخل النواة. كيف نشأت؟ وقد اقترح أن الإلكترونات والنيوترينوات لا توجد في النواة في "شكل جاهز"، ولكنها تتشكل بطريقة ما من طاقة النواة المشعة. وأظهرت دراسات أخرى أن النيوترونات الموجودة في النواة تُركت لأجهزتها الخاصة، بعد بضع دقائق تتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو، أي. فبدلاً من جسيم واحد، تظهر ثلاثة جسيمات جديدة. وأدى التحليل إلى استنتاج مفاده أن القوى المعروفةلا يمكن أن يسبب مثل هذا التفكك. يبدو أنه تم إنشاؤه بواسطة قوة أخرى غير معروفة. وقد أظهرت الأبحاث أن هذه القوة تتوافق مع بعض التفاعلات الضعيفة. وهي أضعف بكثير من القوة الكهرومغناطيسية، رغم أنها أقوى من الجاذبية. ينتشر على مسافات قصيرة جداً. نصف قطر التفاعل الضعيف صغير جدًا. ويتوقف التفاعل الضعيف عند مسافة أكبر من 10 ن سم (حيث n = - 1 6) من المصدر، وبالتالي لا يمكن أن يؤثر على الأجسام العيانية، ولكنه يقتصر على الجسيمات دون الذرية الفردية. وتبين بعد ذلك أن معظم الجسيمات الأولية غير المستقرة تشارك في التفاعلات الضعيفة. تم إنشاء نظرية التفاعل الضعيف في أواخر الستينيات من قبل S. Weinberg و A. Salam. منذ نظرية ماكسويل للمجال الكهرومغناطيسي، كان إنشاء هذه النظرية أكبر خطوة نحو وحدة الفيزياء. 10.

تفاعل قوي .

وآخر التفاعلات في سلسلة التفاعلات الأساسية هو التفاعل القوي، وهو مصدر طاقة هائلة. معظم مثال نموذجيالطاقة الصادرة عن التفاعل القوي هي شمسنا. في أعماق الشمس والنجوم، بدءًا من وقت معين، تحدث تفاعلات نووية حرارية ناجمة عن تفاعل قوي بشكل مستمر. لكن الإنسان تعلم أيضًا إطلاق تفاعلات قوية: فقد تم إنشاء قنبلة هيدروجينية، وتم تصميم وتحسين تقنيات التفاعلات النووية الحرارية الخاضعة للرقابة. توصلت الفيزياء إلى فكرة وجود تفاعل قوي أثناء دراسة البنية النواة الذرية. يجب أن تعمل بعض القوة على احتجاز البروتونات في النواة، مما يمنعها من التشتت تحت تأثير التنافر الكهروستاتيكي. الجاذبية ضعيفة جدًا للقيام بذلك؛ من الواضح أن هناك حاجة إلى نوع من التفاعل الجديد، علاوة على ذلك، أقوى من التفاعل الكهرومغناطيسي. تم اكتشافه فيما بعد. وتبين أنه على الرغم من أن التفاعل القوي يفوق بشكل كبير جميع التفاعلات الأساسية الأخرى في حجمه، إلا أنه لا يتم الشعور به خارج النواة. يتراوح قوة جديدةتبين أنها صغيرة جدًا. تنخفض القوة الشديدة بشكل حاد على مسافة من البروتون أو النيوترون أكبر من حوالي 10 ن سم (حيث ن = - 13). وبالإضافة إلى ذلك، فقد تبين أنه ليس كل الجسيمات تشهد تفاعلات قوية. وتختبرها البروتونات والنيوترونات، لكن الإلكترونات والنيوترينوات والفوتونات لا تخضع لها. تشارك الجسيمات الأثقل فقط في التفاعلات القوية. كان من الصعب تطوير التفسير النظري لطبيعة التفاعل القوي. حدث اختراق في أوائل الستينيات، عندما تم اقتراح نموذج الكوارك. في هذه النظرية، لا تعتبر النيوترونات والبروتونات جسيمات أولية، بل أنظمة مركبة مبنية من الكواركات. وهكذا، في التفاعلات الفيزيائية الأساسية، يكون الفرق بين القوى طويلة المدى وقصيرة المدى واضحًا للعيان. فمن ناحية، هناك تفاعلات غير محدودة المدى (الجاذبية والكهرومغناطيسية)، ومن ناحية أخرى، هناك تفاعلات قصيرة المدى (القوية والضعيفة). يتكشف عالم العناصر المادية ككل في وحدة هاتين القطبيتين وهو تجسيد لوحدة العمل القصير للغاية والكبير للغاية - العمل قصير المدى في العالم الصغير والعمل طويل المدى في جميع أنحاء الكون.

مشكلة وحدة الفيزياء.

المعرفة هي تعميم للواقع، وبالتالي فإن هدف العلم هو البحث عن الوحدة في الطبيعة، وربط أجزاء المعرفة المتباينة في صورة واحدة. من أجل خلق نظام موحد، بحاجة إلى فتح وصلةبين فروع المعرفة المختلفة، بعض العلاقة الأساسية. يعد البحث عن مثل هذه الروابط والعلاقات إحدى المهام الرئيسية للبحث العلمي. كلما كان من الممكن إنشاء مثل هذه الروابط الجديدة، فإن فهم العالم المحيط يتعمق بشكل كبير، ويتم تشكيل طرق جديدة للمعرفة تشير إلى الطريق إلى ظواهر غير معروفة سابقًا. إن إنشاء روابط عميقة بين مناطق الطبيعة المختلفة هو مزيج من المعرفة وطريقة لتوجيه البحث العلمي على طول طرق جديدة غير مطروقة. كان اكتشاف نيوتن للعلاقة بين انجذاب الأجسام في الظروف الأرضية وحركة الكواكب بمثابة ولادة الميكانيكا الكلاسيكيةوالتي على أساسها بنيت القاعدة التكنولوجية للحضارة الحديثة. إنشاء اتصال الخصائص الديناميكية الحراريةالغاز مع الحركة الفوضوية للجزيئات وضعت النظرية الذرية الجزيئية للمادة على أساس متين. وفي منتصف القرن الماضي، أنشأ ماكسويل نظرية كهرومغناطيسية موحدة تغطي كلا من الظواهر الكهربائية والمغناطيسية. ثم، في العشرينات من قرننا، قام أينشتاين بمحاولات للجمع النظرية الموحدةالكهرومغناطيسية والجاذبية. ولكن بحلول منتصف القرن العشرين. لقد تغير الوضع في الفيزياء بشكل جذري: تم اكتشاف تفاعلين أساسيين جديدين - القوي والضعيف، أي. عند الإنشاء الفيزياء الموحدةلم يعد علينا أن نحسب حسابًا لتفاعلين اثنين، بل لأربعة تفاعلات أساسية. وقد برد هذا إلى حد ما حماسة أولئك الذين كانوا يأملون في ذلك حل سريعهذه المشكلة. لكن الفكرة في حد ذاتها لم تكن محل شك جدي، ولم يختف الحماس لفكرة الوصف الواحد. هناك وجهة نظر مفادها أن التفاعلات الأربعة (أو الثلاثة على الأقل) تمثل ظواهر من نفس الطبيعة ويجب إيجاد وصف نظري موحد لها. إن احتمال إنشاء نظرية موحدة لعالم العناصر الفيزيائية بناءً على تفاعل أساسي واحد يظل جذابًا للغاية. هذا هو الحلم الرئيسي لعلماء الفيزياء في القرن العشرين. ولكن لفترة طويلة ظل مجرد حلم، وغامض للغاية. ومع ذلك، في النصف الثاني من القرن العشرين. كانت هناك متطلبات مسبقة لتحقيق هذا الحلم والثقة في أن هذا لم يكن بأي حال من الأحوال مسألة المستقبل البعيد. ويبدو أنه يمكن أن يصبح حقيقة قريبا. تم اتخاذ الخطوة الحاسمة نحو النظرية الموحدة في الستينيات والسبعينيات. مع إنشاء نظرية الكواركات أولاً، ومن ثم نظرية التفاعل الكهروضعيف. وهناك من الأسباب ما يجعلنا نعتقد أننا على عتبة اتحاد أقوى وأعمق من أي وقت مضى. هناك اعتقاد متزايد بين الفيزيائيين بأن ملامح النظرية الموحدة لجميع التفاعلات الأساسية - التوحيد الكبير - بدأت في الظهور.

2 . تصنيف الجسيمات الأولية.

لقد سعى الإنسان لفترة طويلة إلى معرفة وفهم العالم المادي من حوله. لقد اتضح أن كل التنوع اللانهائي للعمليات الفيزيائية التي تحدث في عالمنا يمكن تفسيره بوجود عدد صغير جدًا من التفاعلات الأساسية في الطبيعة. يفسر تفاعلهم مع بعضهم البعض الترتيب المنظم للأجرام السماوية في الكون. إنها "العناصر" التي تحرك الأجرام السماوية، وتولد الضوء وتجعل الحياة نفسها ممكنة (انظر. طلب ).
وهكذا فإن جميع العمليات والظواهر في الطبيعة، سواء سقوط تفاحة، أو انفجار سوبر نوفا، أو قفز البطريق، أو التحلل الإشعاعي للمواد، تحدث نتيجة لهذه التفاعلات.
هيكل مادة هذه الأجسام مستقر بسبب الروابط بين الجزيئات المكونة لها.

1. أنواع التفاعلات

على الرغم من أن المادة تحتوي على عدد كبير من الجسيمات الأولية، إلا أنه لا يوجد سوى أربعة أنواع من التفاعلات الأساسية بينها: الجاذبية، والضعيفة، والكهرومغناطيسية، والقوية.
الأكثر شمولا هو الجاذبية تفاعل . تخضع له جميع التفاعلات المادية دون استثناء - سواء الجزيئات الدقيقة أو الأجسام الكبيرة. وهذا يعني أن جميع الجسيمات الأولية تشارك فيه. يتجلى في شكل الجاذبية العالمية. جاذبية (من الجاذبية اللاتينية - الثقل) هو الأكثر تحكمًا العمليات العالميةفي الكون، على وجه الخصوص، يضمن هيكل واستقرارنا النظام الشمسي. وبحسب المفاهيم الحديثة فإن كل تفاعل من التفاعلات ينشأ نتيجة لتبادل جزيئات تسمى حاملات هذا التفاعل. يتم تفاعل الجاذبية من خلال التبادل الجرافيتونات .
مثل الجاذبية، فهي طويلة المدى بطبيعتها: يمكن للقوى المقابلة أن تظهر نفسها على مسافات كبيرة جدًا. يتم وصف التفاعل الكهرومغناطيسي بشحنات من نوع واحد (كهربائي)، ولكن يمكن أن تحتوي هذه الرسوم بالفعل على علامتين - إيجابية وسلبية. على عكس الجاذبية، يمكن للقوى الكهرومغناطيسية أن تكون قوى جاذبة وتنافرية. البدنية و الخصائص الكيميائيةيتم تحديد المواد والمواد والأنسجة الحية نفسها من خلال هذا التفاعل. كما أنه يشغل جميع المعدات الكهربائية والإلكترونية، مثل. يربط فقط الجسيمات المشحونة مع بعضها البعض. نظرية التفاعل الكهرومغناطيسيفي الكون الكبير يطلق عليه الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية.
التفاعل ضعيف أقل شهرة في الخارج دائرة ضيقةعلماء الفيزياء والفلك، ولكن هذا لا ينتقص من أهميته بأي حال من الأحوال. ويكفي أن نقول أنه لولا وجودها لانطفئت الشمس وغيرها من النجوم، ففي التفاعلات التي تضمن توهجها يلعب التفاعل الضعيف دوراً مهماً جداً. دور مهم. التفاعل الضعيف قصير المدى: نصف قطره أصغر بحوالي 1000 مرة من نصف قطر القوى النووية.
تفاعل قوي - الأقوى من بين الآخرين. فهو يحدد الاتصالات فقط بين الهادرونات. القوى النووية المؤثرة بين النيوكليونات في النواة الذرية هي مظهر من مظاهر هذا النوع من التفاعل. وهي أقوى بحوالي 100 مرة من الطاقة الكهرومغناطيسية. على عكس الأخير (والجاذبية أيضًا)، فهو أولاً قصير المدى على مسافة أكبر من 10-15 مترًا (حسب حجم النواة)، وتتوقف القوى المقابلة بين البروتونات والنيوترونات، والتي تتناقص بشكل حاد، لربطهم ببعضهم البعض. ثانيًا، لا يمكن وصفها بشكل مرضي إلا من خلال ثلاث شحنات (ألوان) تشكل مجموعات معقدة.
يعرض الجدول 1 تقريبًا أهم الجسيمات الأولية التي تنتمي إلى المجموعات الرئيسية (الهدرونات، واللبتونات، وحاملات التفاعل).

الجدول 1

مشاركة الجزيئات الأولية الأساسية في التفاعلات

إن أهم خاصية للتفاعل الأساسي هي نطاق عمله. نصف قطر العمل هو أقصى مسافة بين الجزيئات، والتي يمكن بعدها إهمال تفاعلها (الجدول 2). في دائرة نصف قطرها صغيرة يسمى التفاعل قصير المفعول ، مع كبير - طويلة المدى .

الجدول 2

الخصائص الرئيسية للتفاعلات الأساسية

التفاعلات القوية والضعيفة قصيرة المدى . تتناقص شدتها بسرعة مع زيادة المسافة بين الجزيئات. وتحدث مثل هذه التفاعلات على مسافة قصيرة، لا يمكن إدراكها بالحواس. ولهذا السبب، تم اكتشاف هذه التفاعلات في وقت متأخر عن غيرها (فقط في القرن العشرين) باستخدام المعقد المرافق التجريبية. التفاعلات الكهرومغناطيسية والجاذبية طويلة المدى . تتناقص هذه التفاعلات ببطء مع زيادة المسافة بين الجسيمات وليس لها نطاق محدود من الحركة.

2. التفاعل كعلاقة بين هياكل المادة

في النواة الذرية، يتم تحديد الرابطة بين البروتونات والنيوترونات تفاعل قوي . إنه يوفر قوة أساسية استثنائية، والتي تكمن وراء استقرار المادة في الظروف الأرضية.

التفاعل ضعيف أقل كثافة بمليون مرة من القوية. إنه يعمل بين معظم الجسيمات الأولية الموجودة على مسافة أقل من 10-17 مترًا من بعضها البعض. التفاعل الضعيف يحدد التحلل الإشعاعي لليورانيوم وتفاعلات الاندماج النووي الحراري في الشمس. كما تعلمون، فإن إشعاع الشمس هو المصدر الرئيسي للحياة على الأرض.

التفاعل الكهرومغناطيسي كونه طويل المدى، يحدد بنية المادة خارج نطاق التفاعل القوي. تربط القوة الكهرومغناطيسية الإلكترونات والنوى في الذرات والجزيئات. فهو يجمع الذرات والجزيئات في مواد مختلفة ويحدد العمليات الكيميائية والبيولوجية. ويتميز هذا التفاعل بقوى المرونة والاحتكاك واللزوجة والقوى المغناطيسية. على وجه الخصوص، يؤدي التنافر الكهرومغناطيسي للجزيئات الموجودة على مسافات قصيرة إلى قوة رد فعل أرضية، ونتيجة لذلك، على سبيل المثال، لا نسقط عبر الأرض. ليس للتفاعل الكهرومغناطيسي تأثير كبير على الحركة المتبادلة للأجسام العيانية كتلة كبيرة، حيث أن كل جسم متعادل كهربائيا، أي. أنه يحتوي على ما يقرب من نفس العددالشحنات الإيجابية والسلبية.

تفاعل الجاذبية يتناسب طرديا مع كتلة الأجسام المتفاعلة. نظرا للكتلة الصغيرة من الجزيئات الأولية، فإن تفاعل الجاذبية بين الجزيئات صغير مقارنة بأنواع التفاعل الأخرى، وبالتالي في عمليات العالم الصغير، يكون هذا التفاعل ضئيلا. ومع زيادة كتلة الأجسام المتفاعلة (أي مع زيادة عدد الجسيمات التي تحتوي عليها)، فإن تفاعل الجاذبية بين الأجسام يزداد بما يتناسب طرديا مع كتلتها. في هذا الصدد، في الكون الكبير، عند النظر في حركة الكواكب والنجوم والمجرات، وكذلك حركة الأجسام العيانية الصغيرة في مجالاتها، يصبح تفاعل الجاذبية حاسما. فهو يحمل الغلاف الجوي والبحار وكل شيء حي وغير حي على الأرض، الأرض تدور في مدار حول الشمس، والشمس داخل المجرة. يلعب تفاعل الجاذبية دورًا رئيسيًا في تكوين النجوم وتطورها. تم تصوير التفاعلات الأساسية للجسيمات الأولية باستخدام مخططات خاصة، حيث يتوافق الجسيم الحقيقي مع خط مستقيم، ويتم تصوير تفاعله مع جسيم آخر إما بخط منقط أو منحنى (الشكل 1).

مخططات تفاعلات الجسيمات الأولية

يتم باستمرار تحسين المفاهيم الفيزيائية الحديثة للتفاعلات الأساسية. في عام 1967 شيلدون جلاشو, عبد السلامو ستيفن واينبرغابتكر نظرية مفادها أن التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة هي مظهر من مظاهر تفاعل كهروضعيف واحد. إذا كانت المسافة من جسيم أولي أقل من نصف قطر عمله قوى ضعيفة(10-17 م)، ثم يختفي الفرق بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. وهكذا انخفض عدد التفاعلات الأساسية إلى ثلاثة.

نظرية "التوحيد العظيم".
اقترح بعض علماء الفيزياء، ولا سيما G. Georgi و S. Glashow، أنه أثناء الانتقال إلى الطاقات الأعلى، يجب أن يحدث اندماج آخر - توحيد التفاعل الكهربائي الضعيف مع القوي. تسمى المخططات النظرية المقابلة نظرية “التوحيد الكبير”. ويتم حاليا اختبار هذه النظرية تجريبيا. ووفقا لهذه النظرية التي تجمع بين التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية، هناك نوعان فقط من التفاعلات: التفاعلات الموحدة والجاذبية. من الممكن أن تكون التفاعلات الأربعة جميعها مجرد مظاهر جزئية لتفاعل واحد. يتم أخذ مقدمات هذه الافتراضات بعين الاعتبار عند مناقشة نظرية أصل الكون (نظرية الانفجار الكبير). نظرية " الانفجار العظيميشرح كيف أدى اتحاد المادة والطاقة إلى ولادة النجوم والمجرات.

التفاعلات الأساسية

يوجد في الطبيعة مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنظمة والهياكل الطبيعية، والتي يتم تفسير ميزاتها وتطورها من خلال تفاعل الأشياء المادية، أي العمل المتبادل على بعضها البعض. بالضبط التفاعل هو السبب الرئيسي لحركة المادة وهو سمة جميع الأشياء المادية بغض النظر عن أصلها وتنظيمها النظامي. التفاعل عالمي، مثل الحركة. تتبادل الأجسام المتفاعلة الطاقة والزخم (هذه هي الخصائص الرئيسية لحركتها). في الفيزياء الكلاسيكيةيتم تحديد التفاعل من خلال القوة التي يعمل بها جسم مادي على جسم آخر. لفترة طويلة كان النموذج مفهوم العمل بعيد المدى - تفاعل الأجسام المادية الموجودة على مسافة كبيرة من بعضها البعض وينتقل عبر الفضاء الفارغ على الفور. حاليا، تم تأكيد آخر تجريبيا - مفهوم التفاعل قصير المدى – ينتقل التفاعل باستخدام المجالات الفيزيائية بسرعة محدودة لا تتجاوز سرعة الضوء في الفراغ.المجال المادي – نوع خاصالمادة التي تضمن تفاعل الأجسام المادية وأنظمتها (المجالات التالية: الكهرومغناطيسية، الجاذبية، مجال القوى النووية - الضعيفة والقوية). مصدر المجال الفيزيائي هو الجسيمات الأولية (الجسيمات المشحونة الكهرومغناطيسية)، في نظرية الكمالتفاعل ناتج عن تبادل الكميات الميدانية بين الجزيئات.

هناك أربعة تفاعلات أساسية في الطبيعة: القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة والجاذبية، والتي تحدد بنية العالم المحيط.

تفاعل قوي(التفاعل النووي) – الجذب المتبادل عناصرالنوى الذرية (البروتونات والنيوترونات) وتعمل على مسافة حوالي 10 -1 3 سم، تنتقل عن طريق الغلوونات. من وجهة نظر التفاعل الكهرومغناطيسي، البروتون والنيوترون - جزيئات مختلفةلأن البروتون مشحون كهربائيًا، لكن النيوترون ليس كذلك. لكن من وجهة نظر التفاعل القوي، لا يمكن التمييز بين هذه الجسيمات، إذ في الحالة المستقرة يكون النيوترون جسيمًا غير مستقر ويتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو، لكنه داخل النواة يصبح مشابهًا في خصائصه للبروتون، ولهذا السبب مصطلح "نوكليون" (من اللات. نواة- النواة)" وبدأ اعتبار البروتون مع النيوترون حالتين مختلفتين للنوكليون. كلما كان تفاعل النيوكليونات في النواة أقوى، كلما كانت النواة أكثر استقرارًا، وزادت طاقة الارتباط المحددة.

في المادة المستقرة، يزداد التفاعل بين البروتونات والنيوترونات عند درجات حرارة ليست عالية جدًا، ولكن في حالة حدوث تصادم بين النوى أو أجزائها (النيوكليونات عالية الطاقة)، ​​تحدث تفاعلات نووية يصاحبها إطلاق طاقة هائلة.

في ظل ظروف معينة، يؤدي التفاعل القوي إلى ربط الجزيئات بقوة في النوى الذرية - أنظمة الموادمع طاقة ربط عالية. ولهذا السبب فإن نوى الذرات مستقرة للغاية ويصعب تدميرها.

وبدون تفاعلات قوية، لن توجد نوى ذرية، ولن تتمكن النجوم والشمس من توليد الحرارة والضوء باستخدام الطاقة النووية.

التفاعل الكهرومغناطيسيتنتقل باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ينشأ مجال كهربائي في وجود الشحنات الكهربائية، وينشأ مجال مغناطيسي عندما تتحرك. يولد المجال الكهربائي المتغير مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا - وهذا هو مصدر المجال المغناطيسي المتناوب. هذا النوع من التفاعل هو سمة من سمات الجسيمات المشحونة كهربائيا. حامل التفاعل الكهرومغناطيسي هو فوتون ليس له شحنة - وهو كم من المجال الكهرومغناطيسي. في عملية التفاعل الكهرومغناطيسي، تتحد الإلكترونات والنوى الذرية لتكوين ذرات، والذرات لتشكل جزيئات. بمعنى ما، هذا التفاعل أساسي في الكيمياء والبيولوجيا.

نستقبل حوالي 90% من المعلومات حول العالم من حولنا من خلال الموجات الكهرومغناطيسية، وذلك بسبب حالات المادة المختلفة، والاحتكاك، والمرونة، وما إلى ذلك. يتم تحديدها بواسطة قوى التفاعل بين الجزيئات، والتي هي ذات طبيعة كهرومغناطيسية. يتم وصف التفاعلات الكهرومغناطيسية بواسطة قوانين كولوم وأمبير ونظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية.

التفاعل الكهرومغناطيسي هو الأساس لإنشاء الأجهزة الكهربائية المختلفة، وأجهزة الراديو، وأجهزة التلفزيون، وأجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك. إنه أضعف بحوالي ألف مرة من الصاروخ القوي، لكنه أطول مدى بكثير.

بدون التفاعلات الكهرومغناطيسية لن تكون هناك ذرات أو جزيئات أو أجسام كبيرة أو حرارة أو ضوء.

3. التفاعل ضعيفربما بين الجسيمات المختلفة، باستثناء الفوتون، يكون قصير المدى ويتجلى على مسافات أصغر من حجم النواة الذرية 10 -15 - 10 -22 سم. التفاعل الضعيف أضعف من التفاعل القوي وتستمر العمليات ذات التفاعل الضعيف أبطأ من التفاعل القوي. مسؤول عن تحلل الجسيمات غير المستقرة (على سبيل المثال، تحويل النيوترون إلى بروتون، إلكترون، نيوترينو مضاد). وبسبب هذا التفاعل تكون معظم الجزيئات غير مستقرة. ناقلات التفاعل الضعيف - جزيئات ذات كتلة 100 مرة المزيد من الكتلةالبروتونات والنيوترونات. بسبب هذا التفاعل، تشرق الشمس (يتحول البروتون إلى نيوترون، بوزيترون، نيوترينو، النيوترينو المنبعث لديه قدرة اختراق هائلة).

ولولا التفاعلات الضعيفة لما أمكن حدوث تفاعلات نووية في أعماق الشمس والنجوم، ولما ظهرت نجوم جديدة.

4. تفاعل الجاذبيةالأضعف، لا يؤخذ في الاعتبار في نظرية الجسيمات الأولية، لأنه على المسافات المميزة (10 -13 سم) تكون التأثيرات صغيرة، وعلى المسافات الصغيرة جدًا (10 -33 سم) وعند الطاقات العالية جدًا، تكون الجاذبية يصبح مهمًا وتبدأ الخصائص غير العادية للفراغ الفيزيائي في الظهور.

الجاذبية (من الكلمة اللاتينية gravitas - "الجاذبية") - التفاعل الأساسي طويل المدى (وهذا يعني أنه بغض النظر عن مدى ضخامة تحرك الجسم، فإن إمكانات الجاذبية في أي نقطة في الفضاء تعتمد فقط على موضع الجسم عند نقطة معينة لحظة من الزمن) وجميع الأجسام المادية تخضع لها. في الأساس، تلعب الجاذبية دورًا حاسمًا على النطاق الكوني، العالم الكبير.

في إطار الميكانيكا الكلاسيكية، يتم وصف تفاعل الجاذبية قانون الجاذبية العالميةنيوتن الذي ذكر أن قوة الجذب بين نقطتين ماديتين ذات كتلة م 1 و م 2 متباعدة المسافة ر، هنالك

أين ز- ثابت الجاذبية .

وبدون تفاعلات الجاذبية لم تكن هناك مجرات أو نجوم أو كواكب أو تطور للكون.

يعتمد الوقت الذي يحدث فيه تحول الجزيئات الأولية على قوة التفاعل (مع التفاعل القوي، تحدث التفاعلات النووية خلال 10 -24 - 10 -23 ثانية، مع الكهرومغناطيسية - تحدث التغييرات خلال 10 -19 - 10 -21 ثانية. ، مع تفكك ضعيف خلال 10 -10 ثانية.).

جميع التفاعلات ضرورية وكافية لبناء عالم مادي معقد ومتنوع، يمكن الحصول منه، بحسب العلماء، على قوة عظمى(في غاية درجات حرارة عاليةأو الطاقات، يتم الجمع بين جميع التفاعلات الأربعة واحد).

في الحياة اليومية، نواجه مجموعة متنوعة من القوى الناشئة عن اصطدام الأجسام، والاحتكاك، والانفجار، وشد الخيط، وضغط الزنبرك، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن كل هذه القوى هي نتيجة للتفاعل الكهرومغناطيسي للذرات مع بعضها البعض. تم إنشاء نظرية التفاعل الكهرومغناطيسي بواسطة ماكسويل في عام 1863.

تفاعل آخر معروف هو تفاعل الجاذبية بين الأجسام ذات الكتلة. في عام 1915 خلق أينشتاين النظرية العامةالنسبية، التي ربطت مجال الجاذبية بانحناء الزمكان.

في الثلاثينيات تم اكتشاف أن نواة الذرات تتكون من نيوكليونات، ولا يمكن للتفاعلات الكهرومغناطيسية ولا الجاذبية أن تفسر ما يحمل النيوكليونات في النواة. تم اقتراح التفاعل القوي لوصف تفاعل النيوكليونات في النواة.

ومع استمرارنا في دراسة العالم الصغير، اتضح أن بعض الظواهر لا يتم وصفها من خلال أنواع التفاعل الثلاثة. لذلك، تم اقتراح التفاعل الضعيف لوصف اضمحلال النيوترون والعمليات المماثلة الأخرى.

اليوم جميع القوى المعروفة في الطبيعة هي نتاج أربعة التفاعلات الأساسية، والتي يمكن ترتيبها تنازليا حسب الشدة بالترتيب التالي:

• 1) التفاعل القوي.
• 2) التفاعل الكهرومغناطيسي.
• 3) التفاعل الضعيف.
• 4) تفاعل الجاذبية.

يتم تنفيذ التفاعلات الأساسية بواسطة الجسيمات الأولية - حاملات التفاعلات الأساسية. وتسمى هذه الجسيمات قياس البوزونات.يمكن تمثيل عملية التفاعلات الأساسية للهيئات على النحو التالي. ينبعث من كل جسم جزيئات - حاملات للتفاعلات، والتي يمتصها جسم آخر. في هذه الحالة، تواجه الهيئات التأثير المتبادل.

تفاعل قوييمكن أن تحدث بين البروتونات والنيوترونات والهادرونات الأخرى (انظر أدناه). إنه قصير المدى ويتميز بنصف قطر عمل القوى من أجل 10 15 م. حامل التفاعل القوي بين الهادرونات الفاوانيا، ومدة التفاعل حوالي 10 23 ثانية.

التفاعل الكهرومغناطيسيلديه أربعة أوامر من حيث الكثافة أقل مقارنة بالتفاعل القوي. يحدث بين الجسيمات المشحونة. التفاعل الكهرومغناطيسي طويل المفعول ويتميز بنصف قطر لا نهائي من عمل القوى. الناقل للتفاعل الكهرومغناطيسي هو الفوتوناتومدة التفاعل حوالي 10-20 ثانية.

التفاعل ضعيفلديه 20 طلبًا من حيث الكثافة أقل مقارنة بالتفاعل القوي. يمكن أن يحدث بين الهادرونات واللبتونات (انظر أدناه). وتشمل اللبتونات، على وجه الخصوص، الإلكترون والنيوترينو. مثال على التفاعل الضعيف هو اضمحلال النيوترونات الذي تمت مناقشته أعلاه. التفاعل الضعيف قصير المدى ويتميز بنصف قطر عمل القوى في حدود 10 18 م البوزونات المتجهات، ومدة التفاعل حوالي 10 10 ثانية.

تفاعل الجاذبيةلديه 40 طلبًا من حيث الكثافة أقل مقارنة بالتفاعل القوي. يحدث بين جميع الجزيئات. تفاعل الجاذبية طويل المفعول ويتميز بنصف قطر لا نهائي من عمل القوى. قد يكون الناقل لتفاعل الجاذبية الجرافيتونات.ولم يتم العثور على هذه الجسيمات بعد، وقد يكون ذلك بسبب انخفاض كثافة تفاعل الجاذبية. ويرتبط أيضًا بحقيقة أنه نظرًا للكتلة الصغيرة من الجسيمات الأولية، فإن هذا التفاعل في عمليات الفيزياء النووية غير مهم.

في عام 1967، اقترح أ. سلام وس. واينبرغ نظرية التفاعل الكهروضعيفالذي وحد التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. وفي عام 1973، تم إنشاء نظرية التفاعل القوي الديناميكا اللونية الكمومية.كل هذا جعل من الممكن خلقه النموذج القياسيالجسيمات الأولية، تصف التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية. جميع أنواع التفاعل الثلاثة التي تم تناولها هنا تنشأ نتيجة للافتراض بأن عالمنا متماثل فيما يتعلق بثلاثة أنواع من تحولات القياس.