Носитель силы

редактировать

В квантовой теории поля, носители силы или частицы-мессенджеры или промежуточные частицы представляют собой частицы, которые вызывают силы между другими частицами. Эти частицы являются пучками энергии (квантами) определенного вида поля. Для каждого типа элементарной частицы существует один вид поля. Например, есть электромагнитное поле, квантами которого являются фотоны. Эта концепция особенно важна в физике элементарных частиц, где частицы-носители силы, которые являются посредниками электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, называются калибровочными бозонами.

Содержание

  • 1 Точки зрения на частицы и поле
  • 2 Силы с точки зрения частиц
  • 3 История
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

Точки зрения на частицы и поля

Квантовые теории поля описывают природу в терминах полей. Каждое поле имеет дополнительное описание как набор частиц определенного типа. Сила между двумя частицами может быть описана либо как действие силового поля, создаваемого одной частицей, на другую, либо как обмен виртуальным частицы-носители силы между ними.

Энергия волны в поле (например, электромагнитных волн в электромагнитном поле ) квантуется, и квантовые возбуждения поля можно интерпретировать как частицы. Стандартная модель содержит следующие частицы, каждая из которых является возбуждением определенного поля:

Кроме того, составные частицы, такие как мезоны, а также квазичастицы, могут быть описаны как возбуждения эффективное поле.

Гравитация не является частью Стандартной модели, но считается, что могут существовать частицы, называемые гравитонами, которые являются возбуждением гравитационных волн. Статус этой частицы все еще является предварительным, поскольку теория неполна и взаимодействие отдельных гравитонов может быть слишком слабым для обнаружения.

Силы с точки зрения частицы

A Диаграмма Фейнмана рассеяния между двумя электронами путем испускания виртуального фотона.

Когда одна частица рассеивается от другой, изменяя свою траекторию, есть два способа представить себе этот процесс. На картинке поля мы представляем, что поле, созданное одной частицей, вызывает силу с другой. В качестве альтернативы, мы можем представить одну частицу, испускающую виртуальную частицу, которая поглощается другой. Виртуальная частица передает импульс от одной частицы к другой. Эта точка зрения на частицы особенно полезна, когда есть большое количество сложных квантовых поправок к расчету, поскольку эти поправки могут быть визуализированы как диаграммы Фейнмана, содержащие дополнительные виртуальные частицы.

Другим примером, связанным с виртуальными частицами, является бета-распад, где виртуальный W-бозон испускается нуклоном, а затем распадается на e и (анти)нейтрино.

Описание сил в терминах виртуальных частиц ограничено применимостью теории возмущений, из которой оно получено. В определенных ситуациях, таких как низкоэнергетическая КХД и описание связанных состояний, теория возмущений не работает.

История

Концепция частиц-мессенджеров восходит к XVIII веку, когда французский физик Шарль Кулон показал, что электростатическая сила между электрически заряженными объектами подчиняется закону, аналогичному Закон всемирного тяготения Ньютона. Со временем эта связь стала известна как закон Кулона. К 1862 году Герман фон Гельмгольц описал луч света как «самый быстрый из всех посланников». В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил существование световой частицы в ответ на вопрос: «Что такое световые кванты?»

В 1923 году в Вашингтонском университете в Сент-Луисе Артур Холли Комптон продемонстрировал эффект, теперь известный как комптоновское рассеяние. Этот эффект можно объяснить только в том случае, если свет может вести себя как поток частиц и убедил физическое сообщество в существовании световой частицы Эйнштейна. Наконец, в 1926 году, за год до публикации теории квантовой механики, Гилберт Н. Льюис ввел термин «фотон », который вскоре стал названием легкой частицы Эйнштейна. Оттуда концепция частиц-мессенджеров получила дальнейшее развитие, в частности, до массивных носителей силы (например, для потенциала Юкавы ).

См. Также

  • значок Физический портал

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-20 10:56:20
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте