Взаимодействие частиц
_{Particle Interaction}

    Взаимодействие частиц в квантовой теории поля рассматривается как обмен виртуальной частицей. В основе такого представления лежит принцип (соотношения) неопределённости.
    Из соотношений неопределенности

Δx·Δp_x > ћ, Δy·Δp_y > ћ, Δz·Δp_z > ћ, Δt·ΔE > ћ.

следует, что если частица существует в течение короткого промежутка времени Δt, то ее энергия может флюктуировать на величину ћ/Δt, а если она находится в области размером (Δx, Δy, Δz) то ее импульс (Δp_x, Δp_y, Δp_z) флюктуирует на величину ( ћ/Δx, ћ/Δy, ћ/Δz). Таким образом, в течение малых промежутков времени Δt и на малых расстояниях (Δx, Δy, Δz) может нарушаться соотношение между импульсом и энергией частицы.

E = (p²c² +m²c⁴)^1/2.

    Частицы, для которых нарушается соотношение между импульсом и энергией называются виртуальными. Говорят, что они находятся вне массовой поверхности. В виртуальных процессах справедливы законы сохранения зарядов − электрического, барионного, лептонных.
    Взаимодействия осуществляются с помощью обмена виртуальными частицами — переносчиками этих взаимодействий. Масса виртуальной частицы m и расстояние R, на которое она переносит взаимодействие связаны соотношением

R = ћ/mc,

из которого следует, что чем больше масса виртуальной частицы, тем меньше радиус действия сил, обусловленных обменом этой частицей. Электромагнитное взаимодействие осуществляется с помощью обмена фотонами. Так как масса фотона равна нулю, радиус электромагнитного взаимодействия бесконечен.

Рис. 1. Испускание виртуального фотона электроном.

    На рис. 1 показан процесс испускания электроном виртуального фотона. Свободный электрон не может испустить или поглотить фотон, т.к. при этом не будут выполняться законы сохранения энергии и импульса. Это легко показать, рассматривая процесс поглощения фотона в системе координат, в которой электрон покоится после поглощения фотона. В этой системе импульсы электрона p и фотона k до поглощения равны по абсолютной величине и противоположны по направлению

|p| = |k|.

Рис. 2. Рассеяние электрона на электроне описывается как обмен виртуальным фотоном.

    Закон сохранения энергии

(p²c² +m²c⁴)^1/2 + c|k| = mc²

выполняется только в случае p = k = 0. То есть свободный электрон массы m не может испустить фотон. Однако виртуально процесс, изображенный на рис. 1, может происходить. На рис. 2 показано рассеяние электрона на электроне. Процесс описывается обменом виртуальным фотоном.
    Слабое взаимодействие описывается как результат обмена W^± и Z бозонами. На рис. 3 слева показано превращение протона в нейтрон под действием пучка антинейтрино. На рис. 3 справа показан процесс упругого рассеяния электронного антинейтрино на электроне, который происходит в результате обмена нейтральным Z бозоном.

Рис. 3. Слабое взаимодействие происходит в результате обмена W± и Z бозонами.

Переносчиками сильного взаимодействия внутри адронов являются 8 цветных глюонов (рис. 4). В результате сильного взаимодействия происходит изменение цвета кварка. Типы кварков при этом не изменяются.

Рис. 4. Сильное взаимодействие между кварками в адроне происходит в результате обмена цветными глюонами.

См. также

• Взаимодействия элементарных частиц
• Взаимодействие частиц
• Механизм взаимодействия частиц
• Взаимодействие частиц
• Общие свойства фундаментальных взаимодействий
• Процессы взаимодействия при столкновениях частиц
• Электромагнитные и слабые взаимодействия частиц
• Свойства фундаментальных взаимодействий