Osnovne sile
Osnovne sile ili fundamentalne interakcije su interakcije čestica koje se ne mogu svesti na osnovnije interakcije. Četiri osnovne sile u prirodi su:
Sve ostale poznate sile posljedica su tih četiri. Prve dvije sile su odavno poznate i lako se opažaju i na velikim udaljenostima. Druge dvije se opažaju samo na malim udaljenostima, odnosno imaju točno određen domet otprilike u razmjerima atomske jezgre, zbog čega su otkrivene tek nedavno.
Do prije par stoljeća električna i magnetska sila promatrane su kao posve nezavisne sile. Tek su u 19. stoljeću do kraja opisane veze među njima, i postalo je jasno da se radi o različitim manifestacijama jedne sile. Na sličan način, sredinom 20. stoljeća povezane su elektromagnetska i slaba nuklearna sila, te je uveden i zajednički naziv elektroslaba sila. Od tada se istražuje mogućnost da su sve četiri sile zapravo samo različite manifestacije jedne univerzalne kozmičke sile.
Danas je općenito prihvaćena teorija da sve osim gravitacije doista imaju zajedničko ishodište. Gravitacijska se sila od ostalih izdvaja svojom specifičnom prirodom koju je otkrila opća teorija relativnosti.[1] Jedan od glavnih ciljeva fizike čestica je objašnjenje osnovnih sila objedinjujućom teorijom.[2]
Ne može se isključiti mogućnost postojanja i drugih vrsta sila koje ljudi još nisu opazili. Neke hipotetičke opcije pod nazivom peta sila spominju se u različitim kontekstima, npr. tumačenja tamne energije ili sudara ubrzanih čestica.[3]
Temeljna međudjelovanja međusobno se razlikuju po česticama na koje djeluju, jačini, dosegu i česticama koje ih prenose.
Jako djeluje na kvarkove i gluone, slabo na kvarkove i leptone, elektromagnetsko na sve čestice nabijene električnim nabojem, a gravitacijsko na sve čestice koje imaju masu. Gravitacijsko međudjelovanje između elementarnih čestica je iznimno slabo, slabo međudjelovanje je malo jače, elektromagnetsko još jače i jako je međudjelovanje najjače.
Doseg elektromagnetskog i gravitacijskog međudjelovanja je beskonačan, a doseg jakog i slabog međudjelovanja je kratak, približno poput promjera atomske jezgre. Domet jake sile je 10−15 m, a slabe sile 10−17 m. Dakle, ove dvije sile imaju domet manji od atomskih veličina budući da su mjere (dimenzije) atoma 10−10 m u promjeru.[4] Jaka nuklearna sila snažno djeluje među kvarkovima – česticama od kakvih su građeni protoni i neutroni – pa dakle i među protonima i neutronima. Slaba djeluje među kvarkovima i leptonima (od kojih je opće poznat samo elektron) pa se opaža npr. kod beta radioaktivnog raspada.
Jako međudjelovanje prenose gluoni, elektromagnetsko fotoni, slabo W± i Z0 bozoni a gravitacijsko gravitoni (koji nisu pokusima potvrđeni).
| Međudjelovanje | Trenutačna teorija | Prijenosnici djelovanja | Relativna jakost(1) | Ovisnost o udaljenosti | Doseg djelovanja (m) |
|---|---|---|---|---|---|
| Jaka | Kvantna kromodinamika (QCD) |
gluoni | 1038 | (vidi napomenu) | 10−15 |
| Elektromagnetska | Kvantna elektrodinamika (QED) |
fotoni | 1036 | 10−18 | |
| Slaba | Kvantna aromodinamika (QFD) |
W i Z bozoni | 1025 | ||
| Gravitacijska | Opća teorija relativnosti (GR, nije kvantna teorija.) |
gravitoni | 1 |
(1) približne veličine. Točne vrijednosti ovise o česticama i energiji.
Međudjelovanja elementarnih čestica danas su opisana standardnim modelom, po kom postoje 3 temeljne sile prirode. To su elektromagnetska, slaba nuklearna i jaka nuklearna sila. Gravitacija, iako je jedna od temeljnih sila prirode, ipak nije dio standardnog modela. Znanstvenici još uvijek ne znaju kako povezati gravitaciju sa standardnim modelom. Taj zadatak pokazao se vrlo teškim i nedostižnim.
- ↑ DiSalle, Robert (2002-03-30). „Space and Time: Inertial Frames”. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Pristupljeno 2008-03-24.
- ↑ temeljno međudjelovanje (fundamentalna interakcija), [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2020.
- ↑ Fermilab Today, 12. 05. 2011.
- ↑ Svetlana Veselinović: "Elementarne čestice", [2], završni rad, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek 2014., pristupljeno 27. siječnja 2020.