In der Partikel-Physik sind grundsätzliche Wechselwirkungen (hat manchmal interaktive Kräfte oder grundsätzliche Kräfte genannt), die Weisen, wie elementare Partikeln mit einander aufeinander wirken. Eine Wechselwirkung ist grundsätzlich, wenn sie in Bezug auf andere Wechselwirkungen nicht beschrieben werden kann.

Die vier bekannten grundsätzlichen Wechselwirkungen, sind Elektromagnetismus, starke Wechselwirkung ("starke Kernkraft"), schwache Wechselwirkung ("schwache Kernkraft") und Schwerkraft. Alle sind Nichtkontakt-Kräfte. Mit der möglichen Ausnahme der Schwerkraft können diese Wechselwirkungen gewöhnlich in einer Reihe von calculational Annäherungsmethoden beschrieben werden, die als Unruhe-Theorie bekannt ist, als durch den Austausch des Maßes bosons zwischen Partikeln vermittelt werden. Jedoch gibt es Situationen, wo Unruhe-Theorie die beobachteten Phänomene, wie gebundene Staaten und solitons nicht entsprechend beschreibt.

Übersicht

Im Begriffsmodell von grundsätzlichen Wechselwirkungen besteht Sache aus fermions, die Eigenschaften genannt Anklagen tragen und ± spinnen (innerer winkeliger Schwung ±, wo ħ der reduzierte Planck unveränderlich ist). Sie ziehen an oder treiben einander zurück, indem sie bosons wert sind.

Die Wechselwirkung jedes Paares von fermions in der Unruhe-Theorie kann dann so modelliert werden:

: Zwei fermions gehen in  Wechselwirkung durch den Boson-Austausch  Zwei hinein hat sich geändert fermions gehen aus.

Der Austausch von bosons trägt immer Energie und Schwung zwischen dem fermions, dadurch ihre Geschwindigkeit und der Richtung ändernd. Der Austausch kann auch eine Anklage zwischen dem fermions transportieren, die Anklagen des fermions im Prozess (z.B ändernd, sie von einem Typ von fermion zu einem anderen drehen). Da bosons eine Einheit des winkeligen Schwungs tragen, wird die Drehungsrichtung des fermion von + bis  (oder umgekehrt) während solch eines Austausches (in Einheiten der Konstante von reduziertem Planck) schnipsen.

Weil eine Wechselwirkung auf fermions das Anziehen und Zurückschlagen von einander hinausläuft, ist ein älterer Begriff für "die Wechselwirkung" Kraft.

Gemäß dem gegenwärtigen Verstehen gibt es vier grundsätzliche Wechselwirkungen oder Kräfte: Schwerkraft, Elektromagnetismus, die schwache Wechselwirkung und die starke Wechselwirkung. Ihr Umfang und Verhalten ändern sich außerordentlich, wie beschrieben, im Tisch unten. Moderne Physik versucht, jedes beobachtete physische Phänomen durch diese grundsätzlichen Wechselwirkungen zu erklären. Außerdem wird das Vermindern der Anzahl von verschiedenen Wechselwirkungstypen als wünschenswert gesehen. Zwei typische Fälle sind die Vereinigung:

• Elektrische und magnetische Kraft in den Elektromagnetismus;
• Die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung in die electroweak Wechselwirkung; sieh unten.

Beider Umfang ("Verhältniskraft") und "Reihe", wie gegeben, im Tisch, ist nur innerhalb eines ziemlich komplizierten theoretischen Fachwerks bedeutungsvoll. Es sollte auch bemerkt werden, dass der Tisch unten Eigenschaften eines Begriffsschemas verzeichnet, das noch das Thema der andauernden Forschung ist.

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Die mechanische Ansicht des modernen (perturbative) Quants von den grundsätzlichen Kräften außer dem Ernst besteht darin, dass Partikeln der Sache (fermions) mit einander nicht direkt aufeinander wirken, aber eher eine Anklage tragen und wert sind, virtuelle Partikeln (messen Sie bosons), die die Wechselwirkungstransportunternehmen sind oder Vermittler zwingen. Zum Beispiel vermitteln Fotonen die Wechselwirkung von elektrischen Anklagen und gluons mittelbar die Wechselwirkung von Farbenanklagen.

Die Wechselwirkungen

Schwerkraft

Schwerkraft ist bei weitem von den vier Wechselwirkungen am schwächsten. Folglich wird es immer ignoriert, wenn man Partikel-Physik tut. Die Schwäche des Ernstes kann durch das Verschieben einer Nadel mit einem einfachen Magnet (wie ein Kühlschrank-Magnet) leicht demonstriert werden. Der Magnet ist im Stande, die Nadel der Anziehungskraft der kompletten Erde vorzuwerfen.

Und doch ist Schwerkraft für makroskopische Gegenstände und über makroskopische Entfernungen aus den folgenden Gründen sehr wichtig. Schwerkraft:

• ist die einzige Wechselwirkung, die allen Partikeln folgt, die Masse haben;
• hat eine unendliche Reihe wie Elektromagnetismus, aber verschieden von der starken und schwachen Wechselwirkung;
• kann nicht absorbiert, umgestaltet, oder dagegen beschirmt werden;
• immer zieht an und treibt nie zurück.

Wenn auch Elektromagnetismus viel stärker ist als Schwerkraft, ist elektrostatische Anziehungskraft für große Himmelskörper, wie Planeten, Sterne und Milchstraßen einfach nicht wichtig, weil solche Körper gleiche Anzahlen von Protonen und Elektronen enthalten, und so haben Sie eine elektrische Nettoanklage der Null. Nichts "annulliert" Ernst, da es nur verschieden von elektrischen Kräften attraktiv ist, die attraktiv oder abstoßend sein können. Andererseits sind alle Gegenstände, die Masse haben, der Gravitationskraft unterworfen, die nur anzieht. Deshalb, nur Schwerkraft-Sachen auf der in großem Umfang Struktur des Weltalls.

Die lange Reihe der Schwerkraft macht es verantwortlich für solche groß angelegten Phänomene als die Struktur von Milchstraßen, schwarzen Löchern und der Vergrößerung des Weltalls. Schwerkraft erklärt auch astronomische Phänomene auf bescheideneren Skalen, wie planetarische Bahnen, sowie tägliche Erfahrung: Gegenstand-Fall; schwere Gegenstände handeln, als ob sie an den Boden geklebt wurden; und Tiere können nur so hoch springen.

Schwerkraft war die erste mathematisch zu beschreibende Wechselwirkung. In alten Zeiten hat Aristoteles Hypothese aufgestellt, dass Gegenstände von verschiedenen Massen an verschiedenen Raten fallen. Während der Wissenschaftlichen Revolution hat Galileo Galilei experimentell beschlossen, dass das nicht der Fall — das Vernachlässigen der Reibung wegen des Luftwiderstandes war, beschleunigen sich alle Gegenstände zur Erde an derselben Rate. Das Newtonsche Gesetz von Isaac der Universalen Schwerkraft (1687) war eine gute Annäherung des Verhaltens der Schwerkraft. Unser heutiges Verstehen der Schwerkraft stammt von der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein von 1915, ein genauerer (besonders für kosmologische Massen und Entfernungen) Beschreibung der Schwerkraft in Bezug auf die Geometrie der Raum-Zeit.

Das Mischen allgemeiner Relativität und Quant-Mechanik (oder Quant-Feldtheorie) in eine allgemeinere Theorie des Quant-Ernstes ist ein Gebiet der aktiven Forschung. Es wird Hypothese aufgestellt, dass Schwerkraft durch eine Massless-Drehung vermittelt wird, die 2 Partikel den graviton genannt hat.

Obwohl allgemeine Relativität (mindestens, im schwachen postnewtonischen oder Feldfall) auf allen außer den kleinsten Skalen experimentell bestätigt worden ist, gibt es konkurrierende Gravitationstheorien. Diejenigen, die von der Physik-Gemeinschaft ernst genommen sind, die alle auf die allgemeine Relativität in etwas Grenze und den Fokus der Beobachtungsarbeit reduzieren, sollen Beschränkungen darauf gründen, welche Abweichungen von der allgemeinen Relativität möglich sind.

Wechselwirkung von Electroweak

Elektromagnetismus und schwache Wechselwirkung scheinen, an täglichen niedrigen Energien sehr verschieden zu sein. Sie können mit zwei verschiedenen Theorien modelliert werden. Jedoch, über der Vereinigungsenergie, auf der Ordnung von 100 GeV, würden sie sich in eine einzelne Electroweak-Kraft verschmelzen.

Theorie von Electroweak ist für die moderne Kosmologie, besonders darauf sehr wichtig, wie sich das Weltall entwickelt hat. Das ist, weil kurz nach dem Urknall die Temperatur ungefähr über 10 K war. Elektromagnetische Kraft und schwache Kraft wurden in eine vereinigte Electroweak-Kraft verschmolzen.

Für Beiträge zur Vereinigung der schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen elementaren Partikeln, Abdus Salam, Sheldon Glashow und Steven Weinberg wurden dem Nobelpreis in der Physik 1979 zuerkannt.

Elektromagnetismus

Elektromagnetismus ist die Kraft, die zwischen elektrisch beladenen Partikeln handelt. Dieses Phänomen schließt die elektrostatische Kraft ein, die zwischen beladenen Partikeln ruhig und der vereinigten Wirkung von elektrischen und magnetischen Kräften handelt, die zwischen Anklage-Partikeln handeln, die sich hinsichtlich einander bewegen.

Elektromagnetismus wird wie Ernst unendlich angeordnet, aber gewaltig stärker, und beschreibt deshalb mehrere makroskopische Phänomene der täglichen Erfahrung wie Reibung, Regenbogen, Blitz und alle Mensch-gemachten Geräte mit dem elektrischen Strom, wie Fernsehen, Laser und Computer. Elektromagnetismus bestimmt im Wesentlichen alle makroskopisch, und viele Atomniveau, Eigenschaften der chemischen Elemente einschließlich des ganzen chemischen Abbindens.

In einer bauchigen Vier-Kilogramm-(~1-Gallone-)-Weinflasche von Wasser gibt es

der Gesamtelektronanklage. So, wenn wir zwei solche ein Meter entfernt bauchigen Weinflaschen legen, treiben die Elektronen in einer der bauchigen Weinflaschen diejenigen in der anderen bauchigen Weinflasche mit einer Kraft von zurück

Das ist größer als, was der Erdball, wenn gewogen, auf einer anderen Erde wiegen würde. Die Kerne in einer bauchiger Weinflasche treiben auch diejenigen in anderem mit derselben Kraft zurück. Jedoch werden diese abstoßenden Kräfte durch die Anziehungskraft der Elektronen in der bauchigen Weinflasche mit den Kernen in der bauchigen Weinflasche B und der Anziehungskraft der Kerne in der bauchigen Weinflasche mit den Elektronen in der bauchigen Weinflasche B annulliert, auf keine Nettokraft hinauslaufend. Elektromagnetische Kräfte sind schrecklich stärker als Ernst, aber annullieren, so dass für große Körper Ernst vorherrscht.

Elektrische und magnetische Phänomene sind seit alten Zeiten beobachtet worden, aber es war nur im 19. Jahrhundert, dass es entdeckt wurde, dass Elektrizität und Magnetismus zwei Aspekte derselben grundsätzlichen Wechselwirkung sind. Vor 1864 hatten die Gleichungen von Maxwell diese vereinigte Wechselwirkung streng gemessen. Die Theorie von Maxwell, neu formulierte Verwenden-Vektor-Rechnung, ist die klassische Theorie des Elektromagnetismus, der zu den meisten technologischen Zwecken passend ist.

Die unveränderliche Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum (gewöhnlich beschrieben mit dem Brief "c") kann aus den Gleichungen von Maxwell abgeleitet werden, die mit der Theorie der speziellen Relativität im Einklang stehend sind. Die 1905-Theorie von Einstein der speziellen Relativität, jedoch, der von der Beobachtung fließt, dass die Geschwindigkeit des Lichtes unveränderlich ist, egal wie schnell sich der Beobachter bewegt, hat gezeigt, dass das theoretische durch die Gleichungen von Maxwell einbezogene Ergebnis tiefe Implikationen weit außer dem Elektromagnetismus auf der wirklichen Natur der Zeit und Raums hat.

In anderer Arbeit, die von klassischem Elektromagnetismus abgewichen ist, hat Einstein auch die fotoelektrische Wirkung erklärt, indem er Hypothese aufgestellt hat, dass Licht in Quanten übersandt wurde, die wir jetzt Fotonen nennen. 1927 anfangend, hat Paul Dirac Quant-Mechanik mit der relativistischen Theorie des Elektromagnetismus verbunden. Weitere Arbeit in den 1940er Jahren, durch Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, und Sin-Itiro Tomonaga, hat diese Theorie vollendet, die jetzt Quant-Elektrodynamik, die revidierte Theorie des Elektromagnetismus genannt wird. Quant-Elektrodynamik und Quant-Mechanik schaffen eine theoretische Grundlage für das elektromagnetische Verhalten wie Quant tunneling, in dem sich ein bestimmter Prozentsatz elektrisch beladener Partikeln auf Weisen bewegen, die laut der klassischen elektromagnetischen Theorie unmöglich sein würden, die für tägliche elektronische Geräte wie Transistoren notwendig ist, um zu fungieren.

Schwache Wechselwirkung

Die schwache Wechselwirkung oder schwache Kernkraft sind für einige Kernphänomene wie Beta-Zerfall verantwortlich. Wie man jetzt versteht, sind Elektromagnetismus und die schwache Kraft zwei Aspekte einer vereinigten electroweak Wechselwirkung — diese Entdeckung war der erste Schritt zur vereinigten als das Standardmodell bekannten Theorie. In der Theorie der electroweak Wechselwirkung sind die Transportunternehmen der schwachen Kraft das massive Eichmaß bosons hat den W und Z bosons genannt. Die schwache Wechselwirkung ist die einzige bekannte Wechselwirkung, die Gleichheit nicht erhält; es ist asymmetrisch nach links richtig. Die schwache Wechselwirkung verletzt sogar BEDIENUNGSFELD-Symmetrie, aber erhält wirklich CPT.

Starke Wechselwirkung

Die starke Wechselwirkung oder starke Kernkraft, ist die am meisten komplizierte Wechselwirkung hauptsächlich wegen der Weise, wie es sich mit der Entfernung ändert. In Entfernungen, die größer sind als 10 femtometers, ist die starke Kraft praktisch unbeobachtbar. Außerdem hält es nur innerhalb des Atomkerns.

Nachdem der Kern 1908 entdeckt wurde, war es klar, dass eine neue Kraft erforderlich war, um die elektrostatische Repulsion, eine Manifestation des Elektromagnetismus von den positiv beladenen Protonen zu überwinden. Sonst konnte der Kern nicht bestehen. Außerdem musste die Kraft stark genug sein, um die Protone in ein Volumen zu drücken, das 10 von diesem des kompletten Atoms ist. Von der kurzen Reihe dieser Kraft hat Hideki Yukawa vorausgesagt, dass es mit einer massiven Partikel vereinigt wurde, deren Masse etwa 100 MeV ist.

Die 1947-Entdeckung des pion im modernen Zeitalter der Partikel-Physik hineingeführt. Hunderte von hadrons wurden von den 1940er Jahren bis zu den 1960er Jahren und einer äußerst komplizierten Theorie von hadrons entdeckt, weil stark aufeinander wirkende Partikeln entwickelt wurden. Am meisten namentlich:

Wie man

• verstand, waren die pions Schwingungen von Vakuumkondensaten;
• Jun John Sakurai hat den rho und Omega-Vektoren bosons vorgeschlagen, um Kraft-Tragen-Partikeln für ungefähren symmetries von isospin und Hyperanklage zu sein;
• Geoffrey Chew, Edward K. Burdett und Steven Frautschi haben den schwereren hadrons in Familien gruppiert, die als Schwing- und Rotationserregung von Schnuren verstanden werden konnten.

Während jede dieser Annäherungen tiefe Einblicke, keine Annäherung geführt direkt nach einer grundsätzlichen Theorie angeboten hat.

Murray Gell-Mann zusammen mit George Zweig hat zuerst unbedeutend beladene Quarke 1961 vorgeschlagen. Im Laufe der 1960er Jahre haben verschiedene Autoren Theorien als ähnlich der modernen grundsätzlichen Theorie des Quants chromodynamics (QCD) als einfache Modelle für die Wechselwirkungen von Quarken betrachtet. Das erste, um Hypothese aufzustellen, waren die gluons von QCD mit dem Muhen junge Han und Yoichiro Nambu, der die Quark-Farbenanklage eingeführt hat und Hypothese aufgestellt hat, dass es mit einem Kraft tragenden Feld vereinigt werden könnte. Damals, jedoch, war es schwierig zu sehen, wie solch ein Modell Quarke dauerhaft beschränken konnte. Han und Nambu haben auch jede Quark-Farbe eine ganze Zahl elektrische Anklage zugeteilt, so dass die Quarke nur durchschnittlich unbedeutend beladen wurden, und sie nicht angenommen haben, dass die Quarke in ihrem Modell dauerhaft beschränkt wurden.

1971 haben Murray Gell-Mann und Harald Fritzsch vorgeschlagen, dass das Han/Nambu-Farbenmaß-Feld die richtige Theorie der Wechselwirkungen der kurzen Entfernung unbedeutend beladener Quarke war. Ein wenig später haben David Gross, Frank Wilczek und David Politzer entdeckt, dass diese Theorie das Eigentum der asymptotischen Freiheit hatte, ihnen erlaubend, mit experimentellen Beweisen Kontakt herzustellen. Sie haben beschlossen, dass QCD die ganze Theorie der starken Wechselwirkungen war, die an allen Entfernungsskalen richtig sind. Die Entdeckung der asymptotischen Freiheit hat die meisten Physiker dazu gebracht, QCD zu akzeptieren, seitdem es klar geworden ist, dass sogar die Langstreckeneigenschaften der starken Wechselwirkungen mit dem Experiment im Einklang stehend sein konnten, wenn die Quarke dauerhaft beschränkt werden.

Annehmend, dass Quarke beschränkt werden, sind Michail Shifman, Arkady Vainshtein und Valentine Zakharov im Stande gewesen, die Eigenschaften von vielen tief liegenden hadrons direkt von QCD mit nur einigen Extrarahmen zu schätzen, um das Vakuum zu beschreiben. 1980 hat Kenneth G. Wilson Computerberechnungen veröffentlicht, die auf den ersten Grundsätzen von QCD, dem Herstellen zu einem Niveau des mit der Gewissheit gleichbedeutenden Vertrauens gestützt sind, dass QCD Quarke beschränken wird. Seitdem ist QCD die feststehende Theorie der starken Wechselwirkungen gewesen.

QCD ist eine Theorie unbedeutend beladener Quarke, die mittels genannten gluons der 8 einem Foton ähnlichen Partikeln aufeinander wirken. Die gluons wirken mit einander nicht nur mit den Quarken aufeinander, und in langen Entfernungen lassen die Linien der Kraft in Schnuren zusammenfallen. Auf diese Weise erklärt die mathematische Theorie von QCD nicht nur, wie Quarke über kurze Entfernungen, sondern auch das einer Schnur ähnliche Verhalten aufeinander wirken, das von Chew und Frautschi entdeckt ist, den sie über längere Entfernungen manifestieren.

Außer dem Standardmodell

Zahlreiche theoretische Anstrengungen sind gemacht worden, die vorhandenen vier grundsätzlichen Wechselwirkungen auf dem Modell der electro-schwachen Vereinigung zu systematisieren.

Großartige Vereinigte Theorien (EINGEWEIDE) sind Vorschläge zu zeigen, dass alle grundsätzlichen Wechselwirkungen, außer dem Ernst, aus einer einzelnen Wechselwirkung mit symmetries entstehen, die an niedrigen Energieniveaus zusammenbrechen. EINGEWEIDE sagen Beziehungen unter Konstanten der Natur voraus, die im SM ohne Beziehung sind. EINGEWEIDE sagen auch Maß-Kopplungsvereinigung für die Verhältniskräfte der elektromagnetischen, schwachen und starken Kräfte, eine Vorhersage voraus, die am LEP 1991 für supersymmetrische Theorien nachgeprüft ist.

Theorien von allem, die EINGEWEIDE mit einer Quant-Ernst-Theorie integrieren, stehen einer größeren Barriere gegenüber, weil keine Quant-Ernst-Theorien, die Schnur-Theorie, Schleife-Quant-Ernst und twistor Theorie einschließen, breite Annahme gesichert haben. Einige Theorien suchen nach einem graviton, um die Standardmusterliste von Kraft-Tragen-Partikeln zu vollenden, während andere, wie Schleife-Quant-Ernst, die Möglichkeit betonen, dass Zeitraum selbst einen Quant-Aspekt dazu haben kann.

Einige Theorien außer dem Standardmodell schließen eine hypothetische fünfte Kraft ein, und die Suche nach solch einer Kraft ist eine andauernde Linie der experimentellen Forschung in der Physik. In supersymmetrischen Theorien gibt es Partikeln, die ihre Massen nur durch Supersymmetrie-Brechen-Effekten und diese Partikeln, bekannt erwerben, weil Module neue Kräfte vermitteln können. Ein anderer Grund, nach neuen Kräften zu suchen, ist die neue Entdeckung, dass sich die Vergrößerung des Weltalls (auch bekannt als dunkle Energie) beschleunigt, ein Bedürfnis verursachend, eine kosmologische Nichtnullkonstante und vielleicht zu anderen Modifizierungen der allgemeinen Relativität zu erklären. Die fünften Kräfte sind auch angedeutet worden, Phänomene wie BEDIENUNGSFELD-Übertretungen, dunkle Sache und dunkler Fluss zu erklären.

Siehe auch

• Standardmodell
• Starke Wechselwirkung
• Wechselwirkung von Electroweak
• Schwache Wechselwirkung
• Ernst
• Quant-Ernst
• Schnur-Theorie
• Theorie von allem
• Großartige vereinigte Theorie
• Maß-Kopplungsvereinigung
• Vereinigte Feldtheorie
• Quintessenz, eine Hypothese aufgestellte fünfte Kraft.
• Leute: Isaac Newton, Büroangestellter von James Maxwell, Albert Einstein, Richard Feynman, Sheldon Glashow, Abdus Salam, Steven Weinberg, Gerardus 't Hooft, Gros von David, Edward Witten, Howard Georgi

ZeichenBibliografie

:General:

• 2. Hrsg.
• Während alle Wechselwirkungen besprochen werden, ist Diskussion auf dem schwachen besonders gründlich.

:Texts: