Фундаментальные поля и взаимодействия

Июль 26, 2022

Главная
Физика
Фундаментальные поля и взаимодействия

Содержание

2. Вопросы к зачёту 29. Фундаментальные поля как управляющие параметры открытых систем. 30. Понятия дальнодействия и близкодействия.
3. Гравитационное поле
5. В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного
6. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни
7. Большие космические объекты — планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные
8. Область действия гравитационного поля Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях, и
9. Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, черные дыры и
10. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии
11. Электромагнитное поле Майкл Фарадей Джеймс Максвелл
12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, один из видов поля физического. Характеризуется напря- женностями (или индукциями) электричес- кого поля и
14. Электромагнитные волны Электромагнитные волны условно делятся на несколько диапазонов по длинам волн: радиоволны 103 - 10-4
15. Область действия электромагнитного поля микро-, макро- и мега- миры Определяет связь электронов с атомными ядрами Осуществляет
16. Строение атома Опыты Резерфорда Атом золота Ядра гелия
17. Строение атома Опыты Резерфорда
18. Строение молекул Вода Н2О Поваренная соль NaCl D2О - дейтериевая вода T2О - тритиевая вода Молекула
19. Поле слабого взаимодействия Энрико Ферми
20. Область действия: атомное ядро Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, значительно меньших размера
21. Свойства слабого взаимодействия В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионыВ слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы
22. Слабый распад Процесс распада более массивной частицы на более легкие вследствие слабого взаимодействия называется слабым распадом.
23. Электрослабое взаимодействие В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием двух из четырёх фундаментальных взаимодействий:
24. Теория электрослабого взаимодействия представляет собой созданную в конце 60-х годов 20-го века С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу,
25. Поле сильного взаимодействия Хидеки Юкава
26. Область действия: атомное ядро Необходимость введения понятия сильных взаимо -действий возникла в 1930-х годах, когда стало
27. Иерархия фундаментальных взаимодействий По увеличению силы взаимодействия: Гравитационное (10-40), слабое (10-5), Электромагнитное(1/137=7⋅10-3), Сильное(14)
28. Иерархия фундаментальных взаимодействий По отношению к материи: гравитационное – участвуют все виды материи, включая поля; слабое
29. Адронный коллайдер
30. Самоорганизация в микромире Адронный коллайдер Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, впервые после его запуска обнаружили
31. Процессы в микромире Принцип соответствия
32. Принцип соответствия Бора Законы, открытые в новой области знания, при переходе в прежнюю область подтвер- ждают
33. Принцип соответствия Бора Макро Микро 1. Механика Ньютона 1. Релятивистская механика; 2. Частицы и волны 2.
35. Скачать презентацию

Слайд 2

Вопросы к зачёту
29. Фундаментальные поля как управляющие параметры открытых систем.
30. Понятия

дальнодействия и близкодействия.
31. Строение атома.
32. Иерархия фундаментальных взаимодействий по силе взаимодействия.
33. Принцип соответствия Бора.

Слайд 3

Гравитационное поле

Слайд 4

Слайд 5

В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона,

который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием r, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния — то есть
Здесь G — гравитационная постоянная, равная
примерно м³/(кг•с²).

Слайд 6

В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что

как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени. То есть изменения передаются мгновенно, с бесконечно большой скоростью.
В рамках квантово – полевой картины мира утверждается, что гравитационные взаимодействие передаётся со скоростью света, т.е. является близкодействующим.

Слайд 7

Большие космические объекты — планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и,

следовательно, создают значительные гравитационные поля.

Слайд 8

Область действия гравитационного поля
Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на

любых расстояниях, и все массы положительны(т.е. не наблюдается гравитационного отталкивания). В частности, электромагнитное взаимодействие между телами на космических масштабах мало, поскольку полный электрический заряд этих тел равен нулю (вещество в целом электрически нейтрально).
Гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.

Слайд 9

Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как

структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления — орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.

Слайд 10

В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более

точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.

Слайд 11

Электромагнитное поле
Майкл Фарадей
Джеймс Максвелл

Слайд 12

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, один из видов поля физического. Характеризуется напря- женностями (или

индукциями) электричес- кого поля и магнитного поля.
Переменное электромагнитное поле может распространяться в виде электромагнитных волн. Электромагнитное поле - единый объект, но в статических случаях может быть представлено в виде двух форм (электрического и магнитного полей) раздельно.

Слайд 13

Слайд 14

Электромагнитные волны
Электромагнитные волны условно делятся на несколько диапазонов по длинам волн:

радиоволны 103 - 10-4 м
световые волны 10-4 - 10-9 м
ИК 5 • 10-4 - 8 • 10-7м
видимый свет 8 • 10-7 - 4 • 10-7 м
УФ 4 • 10-7 - 10-9 м
Рентген 2 • 10-9 - 6 • 10-12 м
γ-излучение < 6 • 10-12м

Слайд 15

Область действия электромагнитного поля микро-, макро- и мега- миры
Определяет связь электронов

с атомными ядрами
Осуществляет химическую связь атомов в молекулах
Обеспечивает существование твёрдых и жидких тел
Обусловливает силы трения
Является переносчиком энергии и информации

Слайд 16

Строение атома Опыты Резерфорда
Атом золота
Ядра гелия

Слайд 17

Строение атома Опыты Резерфорда

Слайд 18

Строение молекул
Вода Н2О
Поваренная соль NaCl
D2О - дейтериевая вода
T2О - тритиевая вода
Молекула

полимера

Слайд 19

Поле слабого взаимодействия
Энрико Ферми

Слайд 20

Область действия: атомное ядро
Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на

расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (характерный радиус взаимодействия 10−18 м).

Слайд 21

Свойства слабого взаимодействия
В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионыВ слабом взаимодействии

участвуют все фундаментальные фермионы (лептоныВ слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы (лептоны и кваркиВ слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы (лептоны и кварки). Это взаимодействие, в котором участвуют нейтрино, частицы, имеющие колоссальную проникающую способность.
Слабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицамСлабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергиейСлабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массойСлабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим зарядомСлабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим зарядом и квантовыми числами — то есть превращаться друг в друга.

Слайд 22

Слабый распад
Процесс распада более массивной частицы на более легкие вследствие

слабого взаимодействия называется слабым распадом. Типичным примером слабого распада является бета-распад нейтрона -превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино :
Взаимодействие называется слабым из-за малой скорости распада. Время жизни свободного нейтрона порядка 10 мин. Интересно, что при слабых взаимодействиях, как и при электромагнитных, реакции идут с рождением новых частиц, т.е. число частиц не сохраняется. Ни в коем случае нельзя считать, что нейтрино и электрон «сидят» в нейтроне. Частицы действительно рождаются, и этот процесс, скорее всего, можно отнести к самоорганизации.

Слайд 23

Электрослабое взаимодействие
В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием

двух из четырёх фундаментальных взаимодействий: слабо -го взаимодействия и электромагнитного взаимодей ствия. Хотя эти два взаимодействия очень различа -ются на обычных низких энергиях, в теории они представляются как два разных проявления одного взаимодействия. При энергиях выше энергии объе -динения (порядка 10² ГэВ) они соединяются в единое электрослабое взаимодействие.
1 эВ = 1,6 · 10-19 Дж

Слайд 24

Теория электрослабого взаимодействия представляет собой созданную в конце 60-х годов 20-го

века
С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу, А. Саламом единую (объединённую) теорию слабого и электромагнитного взаимодействий

Ш. Глэшоу

, А. Салам

С. Вайнберг

Слайд 25

Поле сильного взаимодействия
Хидеки Юкава

Слайд 26

Область действия: атомное ядро
Необходимость введения понятия сильных взаимо -действий возникла

в 1930-х годах, когда стало ясно, что ни явление гравитационного, ни явление электромагнитного взаимодействия не могли ответить на вопрос, что связывает нуклоны в ядрах. В 1935 году японский физик Х. Юкава построил первую количественную теорию взаимодействия нуклонов, происходящего посредством обмена новыми частицами, которые сейчас известны как пи-мезоны (или пионы). Пионы были впоследствии открыты экспериментально в 1947 году.

Слайд 27

Иерархия фундаментальных взаимодействий
По увеличению силы взаимодействия:
Гравитационное (10-40),
слабое (10-5),
Электромагнитное(1/137=7⋅10-3),
Сильное(14)

Слайд 28

Иерархия фундаментальных взаимодействий
По отношению к материи:
гравитационное – участвуют все виды материи,

включая поля;
слабое – участвуют все частицы;
электромагнитное – участвуют только заряженные частицы;
сильное – участвуют только так называемые «сильновзаимодействующие частицы.
Т.о. чем «универсальнее» силы, тем они слабее

Слайд 29

Адронный коллайдер

Слайд 30

Самоорганизация в микромире Адронный коллайдер
Физики, работающие на Большом адронном коллайдере, впервые после

его запуска обнаружили принципиально новый эффект, не предсказанный существующей теорией - среди сотен частиц, рождающихся при столкновениях протонов, были обнаружены пары, движения которых по неизвестной причине связаны друг с другом - двухчастичные корреляции. Это можно считать ещё одним примером самоорганизации материи.

Слайд 31

Процессы в микромире
Принцип соответствия

Слайд 32

Принцип соответствия Бора
Законы, открытые в новой области знания, при переходе в

прежнюю область подтвер- ждают справедливость действующих там старых законов.

Слайд 33

Принцип соответствия Бора
Макро Микро
1. Механика Ньютона 1. Релятивистская механика;
2. Частицы и

волны 2. Частицы-волны

Фундаментальные поля и взаимодействия

Содержание

Вопросы к зачёту29. Фундаментальные поля как управляющие параметры открытых систем.30. Понятия

Гравитационное поле

В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона,

В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что

Большие космические объекты — планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и,

Область действия гравитационного поляГравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на

Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как

В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более

Электромагнитное полеМайкл ФарадейДжеймс Максвелл

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, один из видов поля физического. Характеризуется напря- женностями (или

Электромагнитные волны Электромагнитные волны условно делятся на несколько диапазонов по длинам волн:

Область действия электромагнитного поля микро-, макро- и мега- мирыОпределяет связь электронов

Строение атома Опыты РезерфордаАтом золотаЯдра гелия

Строение атома Опыты Резерфорда

Строение молекулВода Н2ОПоваренная соль NaClD2О - дейтериевая водаT2О - тритиевая водаМолекула

Поле слабого взаимодействияЭнрико Ферми

Область действия: атомное ядроСлабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на

Свойства слабого взаимодействия В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионыВ слабом взаимодействии

Слабый распад Процесс распада более массивной частицы на более легкие вследствие

Электрослабое взаимодействие В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием