Mwingiliano katika fizikia ni ushawishi wa miili au chembe kwa kila mmoja, na kusababisha mabadiliko katika mwendo wao.
Ukaribu na hatua ya masafa marefu (au kitendo kwa mbali). Kwa muda mrefu kumekuwa na maoni mawili katika fizikia kuhusu jinsi miili inavyoingiliana. Wa kwanza wao alidhani uwepo wa wakala fulani (kwa mfano, etha), ambayo mwili mmoja hupitisha ushawishi wake kwa mwingine, na kwa kasi ya terminal. Hii ni nadharia ya vitendo vya masafa mafupi. Ya pili ilifikiri kwamba mwingiliano kati ya miili hutokea kwa njia ya nafasi tupu, ambayo haina sehemu yoyote katika maambukizi ya mwingiliano, na maambukizi hutokea mara moja. Hii ni nadharia ya vitendo vya masafa marefu. Alionekana kuwa hatimaye alishinda baada ya Newton kugundua sheria mvuto wa ulimwengu wote. Kwa mfano, iliaminika kuwa harakati ya Dunia inapaswa kusababisha mara moja mabadiliko katika nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye Mwezi. Mbali na Newton mwenyewe, dhana ya hatua ya muda mrefu ilizingatiwa baadaye na Coulomb na Ampere.
Baada ya ugunduzi na utafiti wa uwanja wa sumakuumeme (angalia uwanja wa umeme), nadharia ya hatua ya muda mrefu ilikataliwa, kwani ilithibitishwa kuwa mwingiliano wa miili iliyoshtakiwa kwa umeme haufanyiki mara moja, lakini kwa kasi ya mwisho ( kasi sawa mwanga: c = 3 108 m / s) na harakati ya moja ya mashtaka husababisha mabadiliko katika vikosi vinavyofanya kazi kwa mashtaka mengine, si mara moja, lakini baada ya muda fulani. Iliamka nadharia mpya mwingiliano wa masafa mafupi, ambao ulipanuliwa kwa aina zingine zote za mwingiliano. Kulingana na nadharia ya hatua ya masafa mafupi, mwingiliano unafanywa kupitia nyanja zinazolingana zinazozunguka miili na kusambazwa kila wakati kwenye nafasi (yaani, uwanja ni mpatanishi anayepitisha kitendo cha mwili mmoja hadi mwingine). Mwingiliano malipo ya umeme- kupitia uwanja wa umeme, mvuto wa ulimwengu wote - kupitia uwanja wa mvuto.
Leo, fizikia inajua aina nne mwingiliano wa kimsingi zilizopo katika asili (kwa utaratibu wa kuongezeka kwa nguvu): mvuto, dhaifu, umeme na mwingiliano wenye nguvu.
Mwingiliano wa kimsingi ni ule ambao hauwezi kupunguzwa kwa aina zingine za mwingiliano.
|
||||||||||||||||||||
Mwingiliano wa kimsingi hutofautiana katika kiwango na anuwai ya vitendo (tazama Jedwali 1.1). Radi ya hatua ni umbali wa juu kati ya chembe, zaidi ya ambayo mwingiliano wao unaweza kupuuzwa.
Kulingana na eneo la hatua, mwingiliano wa kimsingi umegawanywa katika masafa marefu (mvuto na sumakuumeme) na masafa mafupi (dhaifu na yenye nguvu) (tazama Jedwali 1.1).
Mwingiliano wa mvuto ni wa ulimwengu wote: miili yote katika maumbile inashiriki ndani yake - kutoka kwa nyota, sayari na galaksi hadi chembe ndogo: atomi, elektroni, nuclei. Upeo wake wa hatua ni usio na mwisho. Hata hivyo, kama kwa chembe za msingi microworld, na kwa vitu vinavyotuzunguka katika ulimwengu mkubwa wa nguvu mwingiliano wa mvuto ndogo sana kwamba zinaweza kupuuzwa (tazama Jedwali 1.1). Inadhihirika na kuongezeka kwa wingi wa miili inayoingiliana na kwa hivyo huamua tabia miili ya mbinguni na malezi na mageuzi ya nyota.
Mwingiliano dhaifu ni asili katika chembe zote za msingi isipokuwa fotoni. Inawajibika kwa walio wengi athari za nyuklia kuoza na mabadiliko mengi ya chembe za msingi.
Mwingiliano wa sumakuumeme huamua muundo wa jambo, kuunganisha elektroni na nuclei katika atomi na molekuli, kuchanganya atomi na molekuli katika vitu mbalimbali. Huamua michakato ya kemikali na kibiolojia. Mwingiliano wa sumakuumeme ndio sababu ya matukio kama vile elasticity, msuguano, mnato, sumaku na hufanya asili ya nguvu zinazolingana. Haina athari kubwa juu ya mwendo wa miili ya neutral ya umeme ya macroscopic.
Mwingiliano mkali hutokea kati ya hadrons, ambayo ndiyo inashikilia nucleons katika kiini.
Mnamo 1967, Sheldon Glashow, Abdus Salam na Steven Weinberg waliunda nadharia inayochanganya sumaku-umeme na mwingiliano dhaifu ndani ya mwingiliano mmoja wa udhaifu wa kielektroniki na anuwai ya 10 ~ 17 m, ambapo tofauti kati ya mwingiliano dhaifu na wa sumakuumeme hupotea.
Hivi sasa, nadharia ya muungano mkuu imewekwa mbele, kulingana na ambayo kuna aina mbili tu za mwingiliano: umoja, ambao ni pamoja na mwingiliano wenye nguvu, dhaifu na wa kielektroniki, na mwingiliano wa mvuto.
Pia kuna dhana kwamba maingiliano yote manne ni matukio maalum ya udhihirisho wa mwingiliano mmoja.
Katika mechanics, hatua ya kuheshimiana ya miili kwa kila mmoja inaonyeshwa na nguvu (angalia Nguvu). Zaidi tabia ya jumla mwingiliano ni nishati inayowezekana(angalia Nishati inayowezekana).
Nguvu katika mechanics imegawanywa katika mvuto, elastic na msuguano. Kama ilivyoelezwa hapo juu, asili ya nguvu za mitambo imedhamiriwa na mwingiliano wa mvuto na sumakuumeme. Maingiliano haya pekee yanaweza kuzingatiwa kama nguvu kwa maana ya mechanics ya Newton. Mwingiliano wenye nguvu (nyuklia) na dhaifu hujidhihirisha kwa umbali mdogo sana kwamba sheria za Newton za mechanics, pamoja nao wazo. nguvu ya mitambo kupoteza maana yao. Kwa hivyo, neno "nguvu" katika kesi hizi linapaswa kuzingatiwa kama "mwingiliano".
1.1. Mvuto.
1.2. Usumakuumeme.
1.3. Mwingiliano dhaifu.
1.4. Tatizo la umoja wa fizikia.
2. Uainishaji wa chembe za msingi.
2.1. tabia chembe ndogo ndogo.
2.2. leptoni.
2.3. Hadroni.
2.4. Chembe ni wabebaji wa mwingiliano.
3. Nadharia za chembe za msingi.
3.1. Electrodynamics ya quantum.
3.2. Nadharia ya Quark.
3.3. Nadharia ya mwingiliano wa umeme.
3.4. Chromodynamics ya Quantum.
3.5. Njiani kuelekea umoja mkubwa.
Bibliografia.
Utangulizi.
Katikati na nusu ya pili ya karne ya ishirini, matokeo ya kushangaza kweli yalipatikana katika matawi hayo ya fizikia ambayo yanasoma muundo wa msingi wa maada. Kwanza kabisa, hii ilijidhihirisha katika ugunduzi wa chembe nyingi mpya za subatomic. Kawaida huitwa chembe za msingi, lakini sio zote ni za kimsingi. Mengi yao, kwa upande wake, yanajumuisha chembe za msingi zaidi. Ulimwengu wa chembe ndogo za atomiki ni tofauti kabisa. Hizi ni pamoja na protoni na neutroni zinazounda viini vya atomiki, pamoja na elektroni zinazozunguka nuclei. Lakini pia kuna chembe ambazo hazipatikani kamwe katika jambo linalotuzunguka. Wakati wa maisha yao ni mfupi sana, ni sehemu ndogo zaidi ya sekunde. Baada ya muda huu mfupi sana, hutengana na kuwa chembe za kawaida. Kuna idadi ya kushangaza ya chembe zisizo na utulivu za muda mfupi: mamia kadhaa yao tayari yanajulikana. Katika miaka ya 1960 na 1970, wanafizikia walichanganyikiwa kabisa na idadi, aina, na ugeni wa chembe ndogo ndogo zilizogunduliwa hivi karibuni. Ilionekana kuwa hakuna mwisho kwao. Haijulikani kabisa kwa nini kuna chembe nyingi. Je, hizi chembe za msingi ni chembe chembe za machafuko na nasibu? Au labda wanashikilia ufunguo wa kuelewa muundo wa Ulimwengu? Ukuzaji wa fizikia katika miongo iliyofuata ilionyesha kuwa hakuna shaka juu ya uwepo wa muundo kama huo. Mwishoni mwa karne ya ishirini. fizikia inaanza kuelewa umuhimu wa kila chembe za msingi. Ulimwengu wa chembe za subatomic una sifa ya mpangilio wa kina na wa busara. Agizo hili linatokana na msingi mwingiliano wa kimwili.
1. Mwingiliano wa kimsingi wa kimwili.
Katika yako Maisha ya kila siku mtu anakabiliwa na nguvu nyingi zinazofanya kazi kwenye miili yake. Hapa kuna nguvu ya upepo au mtiririko unaokuja wa maji, shinikizo la hewa, kutolewa kwa nguvu kwa kemikali zinazolipuka, nguvu ya misuli ya binadamu, uzito wa vitu vizito, shinikizo la quanta nyepesi, mvuto na kurudisha nyuma chaji za umeme, mawimbi ya tetemeko. ambayo wakati mwingine husababisha uharibifu wa maafa, na milipuko ya volkeno ambayo ilisababisha kifo cha ustaarabu, nk. Baadhi ya nguvu hutenda moja kwa moja wakati wa kuwasiliana na mwili, wengine, kwa mfano, mvuto, hutenda kwa mbali, kupitia nafasi. Lakini, kama ilivyotokea kama matokeo ya maendeleo ya sayansi ya asili ya kinadharia, licha ya utofauti mkubwa kama huo, nguvu zote zinazofanya kazi katika maumbile zinaweza kupunguzwa hadi mwingiliano nne tu wa kimsingi. Ni mwingiliano huu ambao hatimaye unawajibika kwa mabadiliko yote ulimwenguni; ndio chanzo cha mabadiliko yote ya miili na michakato. Utafiti wa mali ya mwingiliano wa kimsingi ni kazi kuu fizikia ya kisasa.
Mvuto.
Katika historia ya fizikia, mvuto (mvuto) ukawa wa kwanza kati ya maingiliano manne ya kimsingi kuwa mada ya utafiti wa kisayansi. Baada ya kuonekana kwake katika karne ya 17. Nadharia ya Newton ya mvuto - sheria ya uvutano wa ulimwengu wote - iliweza kwa mara ya kwanza kutambua jukumu la kweli la mvuto kama nguvu ya asili. Mvuto una idadi ya vipengele vinavyoitofautisha na mwingiliano mwingine wa kimsingi. Kipengele cha kushangaza zaidi cha mvuto ni kiwango chake cha chini. Ukubwa wa mwingiliano wa mvuto kati ya vipengele vya atomi ya hidrojeni ni 10n, ambapo n = - 3 9, kulingana na nguvu ya mwingiliano wa mashtaka ya umeme. (Ikiwa vipimo vya atomi ya hidrojeni viliamuliwa na mvuto, na si kwa mwingiliano kati ya chaji za umeme, basi obiti ya chini kabisa (iliyo karibu na kiini) ya elektroni ingekuwa kubwa kwa saizi kuliko sehemu inayoonekana ya Ulimwengu!) ( Ikiwa vipimo vya atomi ya hidrojeni viliamuliwa na mvuto, na sio kwa mwingiliano kati ya chaji za umeme, basi obiti ya elektroni ya chini kabisa (karibu na kiini) ingekuwa kubwa kwa saizi kuliko sehemu inayoonekana ya Ulimwengu!). Inaweza kuonekana kuwa ya kushangaza kwamba tunahisi mvuto hata kidogo, kwa kuwa ni dhaifu sana. Anawezaje kuwa nguvu kuu katika Ulimwengu? Yote ni kuhusu kipengele cha pili cha kushangaza cha mvuto - ulimwengu wake wote. Hakuna kitu katika Ulimwengu kisicho na mvuto. Kila chembe hupitia hatua ya mvuto na yenyewe ni chanzo cha mvuto. Kwa kuwa kila chembe ya maada huvuta mvuto, nguvu ya uvutano huongezeka kadiri makundi makubwa ya maada yanavyoundwa. Tunahisi mvuto katika maisha ya kila siku kwa sababu atomi zote za Dunia hufanya kazi pamoja ili kutuvutia. Na ingawa athari ya mvuto wa atomi moja ni kidogo, nguvu inayotokana ya mvuto kutoka kwa atomi zote inaweza kuwa muhimu. Mvuto ni nguvu ya masafa marefu ya asili. Hii ina maana kwamba, ingawa nguvu ya mwingiliano wa mvuto hupungua kwa umbali, inaenea katika nafasi na inaweza kuathiri miili iliyo mbali sana na chanzo. Kwa kiwango cha astronomia, mwingiliano wa mvuto huwa na jukumu kubwa. Shukrani kwa hatua ya masafa marefu, mvuto huzuia Ulimwengu kugawanyika: hushikilia sayari katika obiti, nyota katika galaksi, galaksi katika makundi, makundi katika Metagalaxy. Nguvu ya uvutano inayofanya kazi kati ya chembe daima ni nguvu ya kuvutia: inaelekea kuleta chembe karibu zaidi. Ukiukaji wa mvuto haujawahi kuzingatiwa hapo awali (Ingawa katika mila ya hadithi za kisayansi-kisayansi kuna uwanja mzima unaoitwa levitation - utaftaji wa "ukweli" wa antigravity). Kwa kuwa nishati iliyohifadhiwa katika chembe yoyote daima ni chanya na inatoa molekuli chanya, chembe chini ya ushawishi wa mvuto daima huwa na kupata karibu. Mvuto ni nini, uwanja fulani au udhihirisho wa curvature ya muda wa nafasi - bado hakuna jibu wazi kwa swali hili. Kama tulivyoona tayari, kuna maoni na dhana tofauti za wanafizikia juu ya suala hili.
Usumakuumeme.
Kwa ukubwa nguvu za umeme bora kuliko mvuto. Tofauti na mwingiliano dhaifu wa mvuto, nguvu za umeme zinazofanya kazi kati ya miili ya ukubwa wa kawaida zinaweza kuzingatiwa kwa urahisi. Umeme wa umeme umejulikana kwa watu tangu zamani (auroras, umeme wa umeme, nk). Kwa muda mrefu, michakato ya umeme na sumaku ilisomwa kwa kujitegemea. Kama tunavyojua tayari, hatua ya kuamua katika maarifa ya sumaku-umeme ilifanywa katikati ya karne ya 19. J.C. Maxwell, ambaye alichanganya umeme na sumaku katika nadharia ya umoja ya sumaku-umeme - nadharia ya kwanza ya uga iliyounganishwa. Uwepo wa elektroni ulianzishwa kwa nguvu katika miaka ya 90 ya karne iliyopita. Sasa inajulikana kuwa chaji ya umeme ya chembe yoyote ya jambo daima ni mgawo wa kitengo cha msingi cha chaji - aina ya "atomi" ya chaji. Kwa nini hii ni swali la kuvutia sana. Hata hivyo, si chembe zote za nyenzo ni flygbolag za malipo ya umeme. Kwa mfano, photon na neutrino hazina upande wa umeme. Katika suala hili, umeme hutofautiana na mvuto. Chembe zote za nyenzo huunda uwanja wa mvuto, wakati na uwanja wa sumakuumeme Chembe za kushtakiwa tu zimefungwa. Kama chaji za umeme, kama nguzo za sumaku, na zile zilizo kinyume huvutia. Walakini, tofauti na chaji za umeme, nguzo za sumaku hazifanyiki kila mmoja, lakini kwa jozi tu - Ncha ya Kaskazini na pole ya kusini. Tangu nyakati za kale, majaribio yamejulikana kupata, kwa kugawanya sumaku, pole moja tu ya pekee ya magnetic - monopole. Lakini wote waliishia kwa kushindwa. Labda kuwepo kwa pekee miti ya sumaku haiwezekani kwa asili? Hakuna jibu la uhakika kwa swali hili bado. Baadhi ya dhana za kinadharia huruhusu uwezekano wa monopole. Kama vile mwingiliano wa umeme na uvutano, mwingiliano wa nguzo za sumaku hutii sheria ya mraba ya kinyume. Kwa hiyo, nguvu za umeme na magnetic ni "masafa ya muda mrefu", na athari zao zinaonekana kwa umbali mkubwa kutoka kwa chanzo. Kwa hivyo, uga wa sumaku wa Dunia unaenea hadi kwenye anga ya nje. Uga wenye nguvu wa sumaku wa Jua hujaza Mfumo mzima wa Jua. Pia kuna maeneo ya sumaku ya galaksi. Mwingiliano wa sumakuumeme huamua muundo wa atomi na inawajibika kwa idadi kubwa ya mwili na matukio ya kemikali na michakato (isipokuwa nyuklia).
Mwingiliano dhaifu.
Fizikia imesonga polepole kuelekea kutambua uwepo wa mwingiliano dhaifu. Nguvu dhaifu inawajibika kwa kuoza kwa chembe; na kwa hivyo udhihirisho wake ulikabiliwa na ugunduzi wa mionzi na uchunguzi wa uozo wa beta. Uozo wa Beta ulipatikana shahada ya juu kipengele cha ajabu. Utafiti ulisababisha hitimisho kwamba uozo huu unakiuka moja ya sheria za msingi za fizikia - sheria ya uhifadhi wa nishati. Ilionekana kuwa katika sehemu hii ya kuoza ya nishati ilipotea mahali fulani. Ili "kuokoa" sheria ya uhifadhi wa nishati, W. Pauli alipendekeza kuwa, pamoja na elektroni, wakati wa kuoza kwa beta, chembe nyingine hutolewa. Haina upande wowote na ina uwezo wa juu wa kupenya usio wa kawaida, kama matokeo ambayo haikuweza kuzingatiwa. E. Fermi aliita chembe isiyoonekana "neutrino". Lakini utabiri na kugundua neutrinos ni mwanzo tu wa tatizo, uundaji wake. Ilihitajika kuelezea asili ya neutrinos, lakini kulikuwa na siri nyingi hapa. Ukweli ni kwamba elektroni zote mbili na neutrino zilitolewa na nuclei zisizo imara. Lakini ilithibitishwa bila shaka kuwa hakuna chembe kama hizo ndani ya viini. Walitokeaje? Ilipendekezwa kuwa elektroni na neutrino hazipo kwenye kiini katika "fomu tayari", lakini kwa namna fulani huundwa kutoka kwa nishati ya nucleus ya mionzi. Utafiti zaidi ulionyesha kuwa neutroni zilizojumuishwa kwenye kiini, zimeachwa kwa vifaa vyao wenyewe, baada ya dakika chache kuoza katika protoni, elektroni na neutrino, i.e. badala ya chembe moja, tatu mpya zinaonekana. Uchambuzi huo ulipelekea hitimisho kwamba vikosi vinavyojulikana haiwezi kusababisha mgawanyiko huo. Inaonekana ilitolewa na nguvu nyingine, isiyojulikana. Utafiti umeonyesha kuwa nguvu hii inalingana na mwingiliano dhaifu. Ni dhaifu sana kuliko sumakuumeme, ingawa ina nguvu kuliko mvuto. Inaenea kwa umbali mfupi sana. Radi ya mwingiliano dhaifu ni ndogo sana. Mwingiliano dhaifu huacha kwa umbali mkubwa zaidi ya 10n cm (ambapo n = - 1 6) kutoka kwa chanzo na kwa hiyo hauwezi kuathiri vitu vya macroscopic, lakini ni mdogo kwa chembe za mtu binafsi za subatomic. Baadaye, iliibuka kuwa chembe nyingi za msingi zisizo na msimamo hushiriki katika mwingiliano dhaifu. Nadharia ya mwingiliano dhaifu iliundwa mwishoni mwa miaka ya 60 na S. Weinberg na A. Salam. Tangu nadharia ya Maxwell ya uwanja wa sumakuumeme, uundaji wa nadharia hii ilikuwa hatua kubwa zaidi kuelekea umoja wa fizikia. 10.
Mwingiliano wenye nguvu.
Ya mwisho katika mfululizo wa mwingiliano wa kimsingi ni mwingiliano wenye nguvu, ambao ni chanzo cha nishati kubwa. Wengi mfano wa kawaida Nishati iliyotolewa na mwingiliano mkali ni Jua letu. Katika kina cha Jua na nyota, kuanzia wakati fulani, athari za nyuklia zinazosababishwa na mwingiliano mkali huendelea kutokea. Lakini mwanadamu pia amejifunza kutoa mwingiliano mkali: bomu ya hidrojeni imeundwa, teknolojia za athari za nyuklia zilizodhibitiwa zimeundwa na kuboreshwa. Fizikia ilikuja kwa wazo la uwepo wa mwingiliano mkali wakati wa kusoma muundo kiini cha atomiki. Baadhi ya nguvu lazima zishikilie protoni kwenye kiini, zikizuia kusambaa chini ya ushawishi wa msukumo wa kielektroniki. Mvuto ni dhaifu sana kwa hili; Kwa wazi, mwingiliano mpya unahitajika, zaidi ya hayo, wenye nguvu kuliko sumakuumeme. Iligunduliwa baadaye. Ilibadilika kuwa ingawa mwingiliano mkali unazidi mwingiliano mwingine wote wa kimsingi kwa ukubwa wake, hausikiki nje ya kiini. Radius ya hatua nguvu mpya iligeuka kuwa ndogo sana. Nguvu kali hushuka kwa kasi kwa umbali kutoka kwa protoni au neutroni kubwa kuliko cm 10n (ambapo n = - 13). Kwa kuongeza, ikawa kwamba sio chembe zote hupata mwingiliano mkali. Inakabiliwa na protoni na neutroni, lakini elektroni, neutrinos na photoni haziko chini yake. Ni chembe nzito tu zinazoshiriki katika mwingiliano mkali. Ufafanuzi wa kinadharia wa asili ya mwingiliano mkali umekuwa mgumu kukuza. Mafanikio yalitokea mapema miaka ya 60, wakati mfano wa quark ulipendekezwa. Katika nadharia hii, neutroni na protoni hazizingatiwi kama chembe za msingi, lakini kama mifumo ya mchanganyiko iliyojengwa kutoka kwa quarks. Kwa hiyo, katika mwingiliano wa kimsingi wa kimwili tofauti kati ya nguvu za muda mrefu na za muda mfupi inaonekana wazi. Kwa upande mmoja, kuna mwingiliano wa anuwai isiyo na kikomo (mvuto, sumaku ya umeme), na kwa upande mwingine, mwingiliano wa masafa mafupi (nguvu na dhaifu). Ulimwengu wa vipengele vya kimwili kwa ujumla hujitokeza katika umoja wa polarities hizi mbili na ni mfano wa umoja wa hatua ndogo sana na kubwa sana - za masafa mafupi katika ulimwengu mdogo na hatua za muda mrefu katika Ulimwengu.
Tatizo la umoja wa fizikia.
Maarifa ni jumla ya ukweli, na kwa hiyo lengo la sayansi ni kutafuta umoja katika asili, kuunganisha vipande tofauti vya ujuzi katika picha moja. Ili kuunda mfumo wa umoja, haja ya kufungua kiungo cha kuunganisha kati ya matawi tofauti ya maarifa, uhusiano fulani wa kimsingi. Utafutaji wa viunganisho na uhusiano kama huo ni moja wapo ya kazi kuu za utafiti wa kisayansi. Wakati wowote inapowezekana kuanzisha miunganisho mipya kama hii, uelewa wa ulimwengu unaozunguka huongezeka sana, njia mpya za kujua zinaundwa ambazo zinaelekeza njia ya matukio yasiyojulikana hapo awali. Kuanzisha miunganisho ya kina kati ya maeneo tofauti ya asili ni mchanganyiko wa maarifa na njia inayoongoza utafiti wa kisayansi kwenye barabara mpya zisizokanyagwa. Ugunduzi wa Newton wa uhusiano kati ya mvuto wa miili chini ya hali ya dunia na mwendo wa sayari uliashiria kuzaliwa. mechanics ya classical, kwa misingi ambayo msingi wa kiteknolojia wa ustaarabu wa kisasa umejengwa. Kuanzisha muunganisho sifa za thermodynamic gesi yenye mwendo wa machafuko wa molekuli huweka nadharia ya atomiki-molekuli ya jambo kwenye msingi thabiti. Katikati ya karne iliyopita, Maxwell aliunda nadharia ya umoja ya sumakuumeme ambayo ilishughulikia matukio ya umeme na sumaku. Kisha, katika miaka ya 20 ya karne yetu, Einstein alifanya majaribio ya kuchanganya nadharia ya umoja sumaku-umeme na mvuto. Lakini katikati ya karne ya ishirini. Hali katika fizikia imebadilika sana: maingiliano mawili mapya ya msingi yamegunduliwa - yenye nguvu na dhaifu, i.e. wakati wa kuunda fizikia ya umoja hatuna tena kuhesabu na mbili, lakini kwa maingiliano manne ya kimsingi. Hili kwa kiasi fulani lilipoza shauku ya wale waliotarajia uamuzi wa haraka tatizo hili. Lakini wazo lenyewe halikuulizwa sana, na shauku ya wazo la maelezo moja haikuondoka. Kuna maoni kwamba maingiliano yote manne (au angalau matatu) yanawakilisha matukio ya asili sawa na maelezo yao ya kinadharia lazima yapatikane. Matarajio ya kuunda nadharia ya umoja wa ulimwengu wa vitu vya mwili kulingana na mwingiliano mmoja wa kimsingi unabaki kuvutia sana. Hii ndio ndoto kuu ya wanafizikia wa karne ya 20. Lakini kwa muda mrefu ilibaki kuwa ndoto tu, na isiyoeleweka sana. Walakini, katika nusu ya pili ya karne ya ishirini. kulikuwa na sharti la utimilifu wa ndoto hii na kujiamini kuwa hii haikuwa suala la siku zijazo za mbali. Inaonekana inaweza kuwa ukweli hivi karibuni. Hatua ya uamuzi kuelekea nadharia ya umoja ilifanywa katika miaka ya 60-70. na uumbaji wa kwanza wa nadharia ya quarks, na kisha ya nadharia ya mwingiliano wa electroweak. Kuna sababu ya kuamini kwamba tuko kwenye kizingiti cha muungano wenye nguvu zaidi na wa kina zaidi kuliko hapo awali. Kuna imani inayoongezeka kati ya wanafizikia kwamba mizunguko ya nadharia iliyounganishwa ya mwingiliano wote wa kimsingi - Muungano Mkuu - inaanza kuibuka.
2 . Uainishaji wa chembe za msingi.
Kwa muda mrefu, mwanadamu ametafuta kujua na kuelewa ulimwengu wa kimwili unaomzunguka. Inatokea kwamba aina zote zisizo na kikomo za michakato ya kimwili inayotokea katika ulimwengu wetu inaweza kuelezewa na kuwepo kwa asili ya idadi ndogo sana ya mwingiliano wa kimsingi. Mwingiliano wao na kila mmoja wao hufafanua mpangilio wa utaratibu wa miili ya mbinguni katika Ulimwengu. Ni “vipengele” vinavyosogeza miili ya mbinguni, kutoa nuru na kufanya uhai wenyewe uwezekane (ona. Maombi
).
Kwa hivyo, michakato yote na matukio katika asili, iwe ni kuanguka kwa apple, mlipuko wa supernova, kuruka kwa penguin, au kuoza kwa mionzi ya dutu, hutokea kama matokeo ya mwingiliano huu.
Muundo wa dutu ya miili hii ni thabiti kwa sababu ya vifungo kati ya chembe zake.
1. AINA ZA MWINGILIANO
Licha ya ukweli kwamba maada ina idadi kubwa ya chembe za msingi, kuna aina nne tu za mwingiliano wa kimsingi kati yao: mvuto, dhaifu, sumakuumeme na nguvu.
Kina zaidi ni ya mvuto
mwingiliano
. Mwingiliano wote wa nyenzo, bila ubaguzi, ni chini yake - microparticles na macrobodies. Hii inamaanisha kuwa chembe zote za msingi hushiriki ndani yake. Inajidhihirisha kwa namna ya mvuto wa ulimwengu wote. Mvuto
(kutoka Kilatini Gravitas - uzito) hudhibiti zaidi michakato ya kimataifa katika Ulimwengu, haswa, inahakikisha muundo na utulivu wa yetu mfumo wa jua. Kulingana na dhana za kisasa, kila mwingiliano hutokea kama matokeo ya kubadilishana kwa chembe zinazoitwa wabebaji wa mwingiliano huu. Mwingiliano wa mvuto unafanywa kwa njia ya kubadilishana gravitons
.
, kama mvuto, ni ya masafa marefu katika maumbile: nguvu zinazolingana zinaweza kujidhihirisha kwa umbali muhimu sana. Uingiliano wa umeme unaelezewa na malipo ya aina moja (umeme), lakini malipo haya yanaweza kuwa na ishara mbili - chanya na hasi. Tofauti na mvuto, nguvu za sumakuumeme zinaweza kuvutia na kuchukiza. Kimwili na Tabia za kemikali ya vitu mbalimbali, vifaa na tishu hai yenyewe imedhamiriwa na mwingiliano huu. Pia inawezesha vifaa vyote vya umeme na umeme, i.e. huunganisha chembe zilizochajiwa pekee na kila mmoja. Nadharia mwingiliano wa sumakuumeme katika macrocosm inaitwa classical electrodynamics.
Mwingiliano dhaifu
haijulikani sana nje mduara nyembamba wanafizikia na wanajimu, lakini hii haizuii kwa njia yoyote umuhimu wake. Inatosha kusema kwamba ikiwa haikuwepo, Jua na nyota zingine zingetoka, kwa sababu katika athari zinazohakikisha mwanga wao, mwingiliano dhaifu una jukumu muhimu sana. jukumu muhimu. Mwingiliano dhaifu ni wa masafa mafupi: radius yake ni takriban mara 1000 ndogo kuliko ile ya nguvu za nyuklia.
Mwingiliano wenye nguvu
- mwenye nguvu kuliko wengine wote. Inafafanua uhusiano kati ya hadrons pekee. Nguvu za nyuklia zinazofanya kazi kati ya nucleoni katika kiini cha atomiki ni dhihirisho la aina hii ya mwingiliano. Ina nguvu mara 100 zaidi ya nishati ya umeme. Tofauti na ile ya mwisho (na pia ya mvuto), ni, kwanza, ya umbali mfupi kwa umbali zaidi ya 10-15 m (kwa mpangilio wa saizi ya kiini), nguvu zinazolingana kati ya protoni na neutroni, hupungua kwa kasi, hukoma. kuzifunga kwa kila mmoja. Pili, inaweza kuelezewa kwa kuridhisha tu kwa njia ya malipo matatu (rangi) kutengeneza mchanganyiko tata.
Jedwali la 1 takriban linawasilisha chembe muhimu zaidi za msingi za vikundi kuu (hadroni, leptoni, vibeba mwingiliano).
Jedwali 1
Ushiriki wa chembe za msingi katika mwingiliano
Sifa muhimu zaidi ya mwingiliano wa kimsingi ni anuwai ya vitendo. Radi ya hatua ni umbali wa juu kati ya chembe, zaidi ya ambayo mwingiliano wao unaweza kupuuzwa (Jedwali 2). Katika eneo ndogo mwingiliano unaitwa uigizaji mfupi na kubwa - masafa marefu .
meza 2
Tabia kuu za mwingiliano wa kimsingi
Mwingiliano wenye nguvu na dhaifu ni wa muda mfupi . Ukali wao hupungua kwa kasi na umbali unaoongezeka kati ya chembe. Mwingiliano kama huo hutokea kwa umbali mfupi, usioweza kufikiwa na hisia. Kwa sababu hii, mwingiliano huu uligunduliwa baadaye kuliko wengine (tu katika karne ya 20) kwa kutumia ngumu vifaa vya majaribio. Mwingiliano wa sumakuumeme na mvuto ni wa masafa marefu . Mwingiliano kama huo hupungua polepole na umbali unaoongezeka kati ya chembe na hauna safu maalum ya vitendo.
2. MWINGILIANO kama MUUNGANO WA MIUNDO YA MAMBO
Katika kiini cha atomiki, dhamana kati ya protoni na neutroni huamua mwingiliano wenye nguvu . Inatoa nguvu ya kipekee ya msingi, ambayo ni msingi wa utulivu wa dutu chini ya hali ya dunia.
Mwingiliano dhaifu mara milioni chini ya makali kuliko nguvu. Hufanya kazi kati ya chembe nyingi za msingi zilizo umbali wa chini ya mita 10-17 kutoka kwa kila mmoja. Mwingiliano dhaifu huamua kuoza kwa mionzi ya urani na athari za muunganisho wa thermonuclear kwenye Jua. Kama unavyojua, ni mionzi ya Jua ambayo ndio chanzo kikuu cha maisha Duniani.
Mwingiliano wa sumakuumeme , kuwa masafa marefu, huamua muundo wa maada zaidi ya safu ya mwingiliano mkali. Nguvu ya sumakuumeme hufunga elektroni na viini katika atomi na molekuli. Inachanganya atomi na molekuli katika vitu mbalimbali na huamua michakato ya kemikali na kibiolojia. Mwingiliano huu unaonyeshwa na nguvu za elasticity, msuguano, mnato, na nguvu za sumaku. Hasa, msukumo wa umeme wa molekuli ziko kwa umbali mfupi husababisha nguvu ya mmenyuko wa ardhi, kama matokeo ambayo sisi, kwa mfano, hatuanguka kupitia sakafu. Mwingiliano wa sumakuumeme hauna athari kubwa kwa mwendo wa pamoja wa miili ya macroscopic wingi mkubwa, kwa kuwa kila mwili hauna upande wowote wa umeme, i.e. ina takriban nambari sawa mashtaka chanya na hasi.
Mwingiliano wa mvuto sawia moja kwa moja na wingi wa miili inayoingiliana. Kutokana na wingi mdogo wa chembe za msingi, mwingiliano wa mvuto kati ya chembe ni ndogo ikilinganishwa na aina nyingine za mwingiliano, kwa hiyo, katika michakato ya microworld, mwingiliano huu hauna maana. Kadiri wingi wa miili inayoingiliana inavyoongezeka (yaani, idadi ya chembe zilizomo huongezeka), mwingiliano wa mvuto kati ya miili huongezeka kwa uwiano wa moja kwa moja na wingi wao. Katika suala hili, katika macrocosm, wakati wa kuzingatia harakati za sayari, nyota, galaksi, pamoja na harakati za miili ndogo ya macroscopic katika mashamba yao, mwingiliano wa mvuto unakuwa wa maamuzi. Inashikilia angahewa, bahari na kila kitu kilicho hai na kisicho hai Duniani, Dunia inayozunguka katika obiti kuzunguka Jua, Jua ndani ya Galaxy. Mwingiliano wa mvuto una jukumu kubwa katika malezi na mageuzi ya nyota. Mwingiliano wa kimsingi wa chembe za msingi huonyeshwa kwa kutumia michoro maalum, ambayo chembe halisi inalingana na mstari wa moja kwa moja, na mwingiliano wake na chembe nyingine unaonyeshwa ama kwa mstari wa dotted au curve (Mchoro 1).
Michoro ya mwingiliano wa chembe za msingi
Dhana za kisasa za kimwili za mwingiliano wa kimsingi zinaboreshwa kila wakati. Mnamo 1967 Sheldon Glashow, Abdul Salam Na Steven Weinberg iliunda nadharia kulingana na ambayo mwingiliano wa sumakuumeme na dhaifu ni dhihirisho la mwingiliano wa udhaifu wa kielektroniki. Ikiwa umbali kutoka kwa chembe ya msingi ni chini ya radius ya hatua nguvu dhaifu(10-17 m), basi tofauti kati ya mwingiliano wa umeme na dhaifu hupotea. Kwa hivyo, idadi ya mwingiliano wa kimsingi ilipunguzwa hadi tatu.
Nadharia ya "Muungano Mkuu".
Baadhi ya wanafizikia, hasa G. Georgi na S. Glashow, walipendekeza kwamba wakati wa mpito kwa nishati ya juu muunganisho mwingine unapaswa kutokea - kuunganishwa kwa mwingiliano wa electroweak na moja yenye nguvu. Miradi inayolingana ya kinadharia inaitwa Nadharia ya "Umoja Mkuu". Na nadharia hii kwa sasa inajaribiwa kwa majaribio. Kulingana na nadharia hii, ambayo inachanganya mwingiliano wa nguvu, dhaifu na sumakuumeme, kuna aina mbili tu za mwingiliano: umoja na mvuto. Inawezekana kwamba mwingiliano wote nne ni maonyesho ya sehemu tu ya mwingiliano mmoja. Misingi ya dhana hizo huzingatiwa wakati wa kujadili nadharia ya asili ya Ulimwengu (nadharia ya Big Bang). Nadharia" Mshindo Mkubwa” inaeleza jinsi mchanganyiko wa mata na nishati ulivyozaa nyota na galaksi.
Maingiliano ya Msingi
Kwa asili, kuna aina kubwa ya mifumo na miundo ya asili, sifa na maendeleo ambayo yanaelezewa na mwingiliano wa vitu vya nyenzo, yaani, hatua za pande zote kwa kila mmoja. Hasa mwingiliano ndio sababu kuu ya harakati ya jambo na ni tabia ya vitu vyote vya nyenzo, bila kujali asili yao na shirika lao la kimfumo.. Mwingiliano ni wa ulimwengu wote, kama vile harakati. Vitu vinavyoingiliana hubadilishana nishati na kasi (hizi ni sifa kuu za harakati zao). KATIKA fizikia ya classical mwingiliano huamuliwa na nguvu ambayo kitu kimoja cha nyenzo hutenda kwa kingine. Kwa muda mrefu dhana ilikuwa dhana ya hatua ya masafa marefu - mwingiliano wa vitu vya nyenzo ziko umbali mkubwa kutoka kwa kila mmoja na hupitishwa kupitia nafasi tupu mara moja.. Hivi sasa, nyingine imethibitishwa kwa majaribio - dhana ya mwingiliano wa masafa mafupi - mwingiliano hupitishwa kwa kutumia nyuga za kimwili na kasi ya mwisho isiyozidi kasi ya mwanga katika utupu. Uwanja wa kimwili - aina maalum jambo ambalo linahakikisha mwingiliano wa vitu vya nyenzo na mifumo yao (mashamba yafuatayo: umeme, mvuto, uwanja wa nguvu za nyuklia - dhaifu na nguvu). Chanzo cha uwanja wa kimwili ni chembe za msingi (chembe za umeme - kushtakiwa), katika nadharia ya quantum mwingiliano unasababishwa na ubadilishanaji wa quanta ya shamba kati ya chembe.
Kuna maingiliano manne ya kimsingi katika maumbile: nguvu, sumakuumeme, dhaifu na mvuto, ambayo huamua muundo wa ulimwengu unaozunguka.
Mwingiliano wenye nguvu(maingiliano ya nyuklia) - mvuto wa pande zote vipengele viini vya atomiki (protoni na nyutroni) na hufanya kwa umbali wa utaratibu wa 10 -1 3 cm, hupitishwa na gluons. Kwa mtazamo wa mwingiliano wa sumakuumeme, protoni na neutroni - chembe tofauti, kwa kuwa protoni ina chaji ya umeme, lakini neutroni sio. Lakini kutokana na mtazamo wa mwingiliano wenye nguvu, chembe hizi haziwezi kutofautishwa, kwa kuwa katika hali ya utulivu nyutroni ni chembe isiyo imara na huharibika katika protoni, elektroni na neutrino, lakini ndani ya kiini inakuwa sawa katika mali yake na protoni. ndio maana neno "nucleon ( kutoka lat. kiini- kiini)" na protoni yenye nyutroni ilianza kuzingatiwa kama hali mbili tofauti za nucleon. Nguvu ya mwingiliano wa nucleons katika kiini, kiini imara zaidi, nishati maalum ya kumfunga.
Katika dutu imara, mwingiliano kati ya protoni na neutroni kwa joto la juu sana huongezeka, lakini ikiwa mgongano wa nuclei au sehemu zao (nyuklia za juu-nishati) hutokea, basi athari za nyuklia hutokea, ambazo zinaambatana na kutolewa kwa nishati kubwa.
Chini ya hali fulani, mwingiliano mkali hufunga chembe kwenye viini vya atomiki - mifumo ya nyenzo na nishati ya juu ya kumfunga. Ni kwa sababu hii kwamba nuclei za atomi ni imara sana na ni vigumu kuharibu.
Bila mwingiliano wenye nguvu, nuclei za atomiki hazingekuwepo, na nyota na Jua hazingeweza kutoa joto na mwanga kwa kutumia nishati ya nyuklia.
Mwingiliano wa sumakuumeme hupitishwa kwa kutumia uwanja wa umeme na sumaku. Shamba la umeme hutokea mbele ya mashtaka ya umeme, na shamba la magnetic hutokea wakati wanahamia. Sehemu ya umeme inayobadilika hutengeneza uwanja wa sumaku unaobadilishana - hii ndio chanzo cha uwanja wa sumaku unaobadilishana. Aina hii ya mwingiliano ni tabia ya chembe za kushtakiwa kwa umeme. Mtoa huduma wa mwingiliano wa sumakuumeme ni fotoni ambayo haina malipo - quantum ya uwanja wa umeme. Katika mchakato wa mwingiliano wa sumakuumeme, elektroni na viini vya atomiki huchanganyika kuwa atomi, na atomi kuwa molekuli. Kwa maana fulani, mwingiliano huu ni wa msingi katika kemia na biolojia.
Tunapokea karibu 90% ya habari kuhusu ulimwengu unaotuzunguka kupitia wimbi la sumakuumeme, kwa kuwa hali mbalimbali za suala, msuguano, elasticity, nk. imedhamiriwa na nguvu za mwingiliano kati ya molekuli, ambazo ni asili ya sumakuumeme. Mwingiliano wa sumakuumeme unaelezewa na sheria za nadharia ya sumakuumeme ya Coulomb, Ampere na Maxwell.
Uingiliano wa umeme ni msingi wa kuundwa kwa vifaa mbalimbali vya umeme, redio, televisheni, kompyuta, nk. Ni karibu mara elfu dhaifu kuliko ile yenye nguvu, lakini ni ya masafa marefu zaidi.
Bila mwingiliano wa sumakuumeme kusingekuwa na atomi, molekuli, vitu vikubwa, joto na mwanga.
3. Mwingiliano dhaifu labda kati ya chembe mbalimbali, isipokuwa fotoni, ni ya masafa mafupi na hujidhihirisha katika umbali mdogo kuliko saizi ya kiini cha atomiki 10 -15 - 10 -22 cm. Mwingiliano dhaifu ni dhaifu kuliko mwingiliano mkali na michakato na mwingiliano dhaifu huendelea. polepole zaidi kuliko kwa mwingiliano mkali. Kuwajibika kwa kuoza kwa chembe zisizo na msimamo (kwa mfano, mabadiliko ya neutroni kuwa protoni, elektroni, antineutrino). Ni kwa sababu ya mwingiliano huu kwamba chembe nyingi hazina msimamo. Wabebaji wa mwingiliano dhaifu - vion, chembe zilizo na wingi wa mara 100 wingi zaidi protoni na neutroni. Kutokana na mwingiliano huu, Jua huangaza (protoni hugeuka kuwa neutroni, positron, neutrino, neutrino iliyotolewa ina uwezo mkubwa wa kupenya).
Bila mwingiliano dhaifu, athari za nyuklia katika kina cha Jua na nyota hazingewezekana, na nyota mpya hazingetokea.
4. Mwingiliano wa mvuto dhaifu, haizingatiwi katika nadharia ya chembe za msingi, kwani kwa umbali wa tabia (cm 10 -13) athari ni ndogo, na kwa umbali mdogo zaidi (10 -33 cm) na kwa nguvu za juu, mvuto. inakuwa muhimu na sifa zisizo za kawaida za utupu wa kimwili huanza kuonekana.
Mvuto (kutoka kwa gravitas ya Kilatini - "mvuto") - mwingiliano wa kimsingi ni wa masafa marefu (hii inamaanisha kuwa haijalishi mwili unasonga kwa kiasi gani, wakati wowote wa nafasi uwezo wa mvuto unategemea tu nafasi ya mwili kwa wakati fulani. wakati kwa wakati) na miili yote ya nyenzo iko chini yake. Kimsingi, mvuto una jukumu la kuamua kwa kiwango cha cosmic, Megaworld.
Ndani ya mfumo wa mechanics ya classical, mwingiliano wa mvuto unaelezewa sheria ya mvuto wa ulimwengu wote Newton, ambaye anasema kwamba nguvu ya mvuto kivutio kati ya pointi mbili nyenzo ya molekuli m 1 na m 2 kutengwa kwa umbali R, Kuna
Wapi G- mvuto mara kwa mara.
Bila mwingiliano wa mvuto hakukuwa na galaksi, nyota, sayari, au mageuzi ya Ulimwengu.
Wakati ambapo mabadiliko ya chembe za msingi hutokea inategemea nguvu ya mwingiliano (kwa mwingiliano mkali, athari za nyuklia hutokea ndani ya 10 -24 - 10 -23 s., na umeme - mabadiliko hutokea ndani ya 10 -19 - 10 -21 s. , pamoja na kutengana dhaifu ndani ya 10 -10 s.).
Mwingiliano wote ni muhimu na wa kutosha kwa ajili ya ujenzi wa ulimwengu wa nyenzo ngumu na tofauti, ambayo, kulingana na wanasayansi, mtu anaweza kupata. nguvu kuu(sana joto la juu au nishati, maingiliano yote manne yanajumuishwa moja).
Katika maisha ya kila siku, tunakutana na aina mbalimbali za nguvu zinazotokana na mgongano wa miili, msuguano, mlipuko, mvutano wa thread, compression ya spring, nk. Walakini, nguvu hizi zote ni matokeo ya mwingiliano wa sumakuumeme ya atomi na kila mmoja. Nadharia ya mwingiliano wa sumakuumeme iliundwa na Maxwell mnamo 1863.
Mwingiliano mwingine unaojulikana kwa muda mrefu ni mwingiliano wa mvuto kati ya miili yenye wingi. Mnamo 1915 Einstein aliunda nadharia ya jumla relativity, ambayo iliunganisha uga wa mvuto na mkunjo wa muda wa nafasi.
Katika miaka ya 1930 Iligunduliwa kwamba viini vya atomi vinajumuisha nyukleoni, na si mwingiliano wa sumakuumeme wala uvutano unaoweza kueleza kile kinachoshikilia nukleoni kwenye kiini. Mwingiliano wenye nguvu ulipendekezwa kuelezea mwingiliano wa nukleoni kwenye kiini.
Tulipoendelea kusoma ulimwengu mdogo, ikawa kwamba baadhi ya matukio hayajaelezewa na aina tatu za mwingiliano. Kwa hivyo, mwingiliano dhaifu ulipendekezwa kuelezea kuoza kwa neutroni na michakato mingine kama hiyo.
Leo nguvu zote zinazojulikana katika asili ni bidhaa ya nne mwingiliano wa kimsingi, ambayo inaweza kupangwa kwa mpangilio wa kushuka wa kiwango kwa utaratibu ufuatao:
- 1) mwingiliano mkali;
- 2) mwingiliano wa sumakuumeme;
- 3) mwingiliano dhaifu;
- 4) mwingiliano wa mvuto.
Mwingiliano wa kimsingi hubebwa na chembe za msingi - wabebaji wa mwingiliano wa kimsingi. Chembe hizi huitwa vifungo vya kupima. Mchakato wa mwingiliano wa kimsingi wa miili unaweza kuwakilishwa kwa njia ifuatayo. Kila mwili hutoa chembe - wabebaji wa mwingiliano, ambao huingizwa na mwili mwingine. Katika kesi hii, miili hupata ushawishi wa pande zote.
Mwingiliano wenye nguvu inaweza kutokea kati ya protoni, neutroni na hadroni nyingine (tazama hapa chini). Ni ya muda mfupi na ina sifa ya radius ya hatua ya nguvu ya utaratibu wa m 10 15. Mtoaji wa mwingiliano mkali kati ya hadrons ni peonies, na muda wa mwingiliano ni kama 10 23 s.
Mwingiliano wa sumakuumeme ina maagizo manne ya kiwango cha chini cha ukubwa ikilinganishwa na mwingiliano mkali. Inatokea kati ya chembe za kushtakiwa. Mwingiliano wa sumakuumeme ni wa muda mrefu na unaonyeshwa na radius isiyo na kikomo ya hatua ya nguvu. Mtoa huduma wa mwingiliano wa sumakuumeme ni fotoni, na muda wa mwingiliano ni kuhusu 10-20 s.
Mwingiliano dhaifu ina maagizo 20 ya kiwango cha chini cha ukubwa ikilinganishwa na mwingiliano mkali. Inaweza kutokea kati ya hadrons na leptoni (tazama hapa chini). Leptoni ni pamoja na, haswa, elektroni na neutrino. Mfano wa mwingiliano dhaifu ni uozo wa neutroni uliojadiliwa hapo juu. Uingiliano dhaifu ni wa muda mfupi na una sifa ya radius ya hatua ya majeshi ya utaratibu wa 10 18. Mtoaji wa mwingiliano dhaifu ni. vifuko vya vekta, na muda wa mwingiliano ni kama 10 10 s.
Mwingiliano wa mvuto ina maagizo 40 ya kiwango cha chini cha ukubwa ikilinganishwa na mwingiliano mkali. Inatokea kati ya chembe zote. Mwingiliano wa mvuto ni wa muda mrefu na una sifa ya radius isiyo na kikomo ya hatua ya nguvu. Mtoa huduma wa mwingiliano wa mvuto anaweza kuwa gravitons. Chembe hizi bado hazijapatikana, ambayo inaweza kuwa kutokana na nguvu ya chini ya mwingiliano wa mvuto. Pia inahusiana na ukweli kwamba kwa sababu ya wingi mdogo wa chembe za msingi, mwingiliano huu katika michakato ya fizikia ya nyuklia hauna maana.
Mnamo 1967, A. Salam na S. Weinberg walipendekeza nadharia ya mwingiliano wa umeme, ambayo ilichanganya mwingiliano wa sumakuumeme na dhaifu. Mnamo 1973, nadharia ya mwingiliano mkali iliundwa chromodynamics ya quantum. Yote hii ilifanya iwezekane kuunda mfano wa kawaida chembe za msingi, zinazoelezea mwingiliano wa sumakuumeme, dhaifu na wenye nguvu. Aina zote tatu za mwingiliano zinazozingatiwa hapa huibuka kama matokeo ya dhana kwamba ulimwengu wetu una ulinganifu kwa heshima na aina tatu za mabadiliko ya geji.