Носитель силы - Force carrier
В квантовая теория поля, силовые носители или частицы-мессенджеры или промежуточные частицы находятся частицы которые приводят к силы между другими частицами. Эти частицы пучки энергии (кванты) определенного вида поле. Для каждого типа элементарной частицы существует один вид поля. Например, есть электромагнитное поле, квантами которого являются фотоны.[1] Эта концепция особенно важна в физика элементарных частиц где частицы-носители силы, которые обеспечивают электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия, называются калибровочные бозоны.
Точки обзора частиц и поля
Квантовые теории поля описывать природу с точки зрения поля. Каждое поле имеет дополнительный описание как набор частиц определенного типа. А сила между двумя частицами можно описать либо как действие силовое поле генерируется одной частицей на другую, или с точки зрения обмена виртуальный частицы-носители силы между ними.
Энергия волны в поле (например, электромагнитные волны в электромагнитное поле ) квантуется, а квантовые возбуждения поля можно интерпретировать как частицы. В Стандартная модель содержит следующие частицы, каждая из которых является возбуждением определенного поля:
- Глюоны, возбуждения сильный калибровочное поле.
- Фотоны, W-бозоны и Z-бозоны, возбуждения электрослабый калибровочные поля.
- Бозоны Хиггса, возбуждения одного компонента Поле Хиггса, который придает массу элементарным частицам.
Кроме того, композитные частицы, такие как мезоны, а также квазичастицы, можно описать как возбуждения эффективное поле.
Гравитация не является частью Стандартной модели, но считается, что могут быть частицы, называемые гравитоны какие возбуждения гравитационные волны. Статус этой частицы все еще является предварительным, потому что теория неполна и потому что взаимодействия не замужем гравитоны могут быть слишком слабыми для обнаружения.[2]
Силы с точки зрения частиц
Когда одна частица разбрасывает От другого, изменяя его траекторию, есть два способа думать об этом процессе. На картинке поля мы представляем, что поле, создаваемое одной частицей, вызывает силу с другой. В качестве альтернативы мы можем представить одну частицу, испускающую виртуальная частица который поглощается другим. Перенос виртуальных частиц 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.
Другой пример с виртуальными частицами: бета-распад где виртуальный W-бозон испускается нуклон а затем распадается на e± и (анти) нейтрино.
Описание сил в терминах виртуальных частиц ограничено применимостью теория возмущений от которого он произошел. В определенных ситуациях, например, с низким энергопотреблением. QCD и описание связанные состояния, теория возмущений не работает.
История
Концепция частиц-мессенджеров восходит к 18 веку, когда французский физик Шарль Кулон показали, что электростатическая сила между электрически заряженными объектами подчиняется закону, подобному Закон всемирного тяготения Ньютона. Со временем эти отношения стали известны как Закон Кулона. К 1862 г. 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 г. Вашингтонский университет 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 ", которое вскоре стало названием легкой частицы Эйнштейна. С этого момента концепция частиц-мессенджеров получила дальнейшее развитие, в частности массивный носители силы (например, для Потенциал Юкавы ).
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Стивен Вайнберг, Мечты о последней теории, Хатчинсон, 1993.
- ^ Ротман, Тони; Стивен Боун (ноябрь 2006 г.). «Можно ли обнаружить гравитоны?». Основы физики. 36 (12): 1801–1825. arXiv:gr-qc / 0601043. Bibcode:2006ФоФ ... 36.1801Р. Дои:10.1007 / s10701-006-9081-9. S2CID 14008778.