Perusvuorovaikutus
Wikipedia
Perusvuorovaikutus on mekanismi, jolla perushiukkaset vuorovaikuttavat keskenään ja jota ei nykyisin voida kuvailla yhtenäisellä matemaattisella rakenteella. Erilaisia matemaattisia malleja on kehitetty kuvaamaan perusvuorovaikutuksia. Kaikki havaitut fysikaaliset ilmiöt galaksien törmäyksistä kvarkkien välisiin sidosvoimiin voidaan selittää perusvuorovaikutusten avulla, eli kaikki fysiikan kaavat selittävät näitä vuorovaikutuksia.
Hiukkasfysiikan standardimallin kuvailemat kolme perusvuorovaikutusta ovat
- vahva vuorovaikutus, joka vaikuttaa kvarkkien välillä ja toimii mm. protoneissa ja neutroneissa
- heikko vuorovaikutus, joka vaikuttaa atomiytimissä ja ilmentyy radioaktiivisuutena (esim. beta-hajoaminen)
- sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka vaikuttaa elektronien ja atomiydinten välillä ja jolla voidaan selittää sähkömagneettisen säteilyn ominaisuudet
Nykyinen hiukkasfysiikan standardimalli ei selitä neljättä perusvuorovaikutusta, gravitaatiota, joka vaikuttaa massaisten kappaleiden välillä. Einsteinin kehittämää yleistä suhteellisuusteoriaa käytetään kuvaamaan voimaa, joka havaitaan perushiukkasten suurten kasautumien välillä, kun muiden vuorovaikutusten osuus hiukkasten havaittavassa käyttäytymisessä on vähäinen.
Eri perusvuorovaikutusten ajatellaan vaikuttavan eri etäisyyksillä, ja ne ovat alun perin olleet selitysmalleja eri fysikaalisiin ilmiöihin, joita ei siihen mennessä olleilla teorioilla ole kyetty selittämään. Gravitaation perussäännöt (joita Einstein myöhemmin tarkensi) keksittiin 1600-luvulla (Galilei, Newton). Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen säännöt osoittivat 1800-luvun fyysikot (pääasiassa Maxwell), heikon vuorovaikutuksen ovat löytäneet 1920-luvun alun, radioaktiivisuuden selittäneet, fyysikot (muun muassa Heisenberg ja Paul Dirac), ja vahvan vuorovaikutuksen teoriat on kehitetty selittämään hiukkaskiihdyttimissä havaittuja ilmiöitä. 1970-luvulla kolme näistä saatiin yhditettyä nykyiseksi standardimalliksi. Jokaisessa näitä voimia alun perin selittäneissä teorioissa on tapahtunut myöhempää kehitystä.
Perusvuorovaikutuksia erikseen kuvaavia yhtälöitä käytetään yleisesti, sillä harvoin tulee eteen kokeellisia tai käytännön tilanteita, joissa jouduttaisiin ottamaan huomioon useamman kuin yhden perusvaikutuksen ilmiölle aiheuttamat muutokset.
Nykyisin, gravitaatiota lukuun ottamatta, kolmen muun uskotaan olevan vain ilmentymiä vieläkin perustavampaa laatua olevasta vuorovaikutuksen lajista. Gravitaation yhdistäminen tähän suureen yhtenäisteoriaan on nykyfysiikan suurimpia haasteita.
