Perusvuorovaikutuksiin

Perusvuorovaikutuksiin viitataan yleisesti luonnon perusvoimina, joiden avulla hiukkaset ja järjestelmät vuorovaikuttavat. Ne muodostavat pohjan kemialliselle reaktiokäytökselle, ydinprosesseille ja monille makroskooppisille ilmiöille. Tärkein on, että ne voidaan jakaa neljään: gravitaatioon, elektromagneettiseen vuorovaikutukseen, vahvaan ydinvuorovaikutukseen ja heikkoon ydinvuorovaikutukseen.

Gravitaatio on kaikista perusvuorovaikutuksista pitkäkantaisin ja heikoin mittakaavassa, mutta se määrää suurten rakenteiden, kuten galaksien ja planeettojen liikkeet. Elektromagneettinen vuorovaikutus vaikuttaa sähkövarauksellisiin hiukkasiin ja on kemian sekä elektroniikan perusta; se on pitkän kantaman voima. Vahva ydinvuorovaikutus sitoo kvarkkeja ja muodostaa protonien sekä neutronien ytimen, antaen aineen ytimen rakenteen. Heikko vuorovaikutus vastaa radioaktiivisiin hajoamisprosesseihin ja joidenkin hiukkasten muuntumisiin.

Perusvuorovaikutukset kuvataan pääasiassa kvanttisilla teorioilla. Elektromagneettinen, vahva ja heikko vuorovaikutus ovat Standard Modelin gauge-teorioita: QED, QCD ja electroweak-teoria. Gravitaatio puolestaan kuvataan yleisen suhteellisuusteorian avulla, eikä sitä ole vielä yhdistetty kvanttiseksi osaksi Standard Modelia.

Välittäjähiukkaset toimivat vuorovaikutusten siirtäjinä: fotoni elektromagneettisessa vuorovaikutuksessa, gluonit vahvassa vuorovaikutuksessa sekä W±- ja Z0-bosonit heikossa vuorovaikutuksessa. Gravitaation mahdollinen välittäjä on graviton, mutta sitä ei ole havaittu.

Perusvuorovaikutusten tunteminen auttaa selittämään kemian, ydinreaktioiden ja suurten kosmosten ilmiöiden taustat. Nykyisin kolme vuorovaikutusta voidaan kuvata Standard Modelin puitteissa, mutta gravitaation kvanttinen yhdistäminen sekä uusien ilmiöiden löytäminen ovat yhä aktiivisia tutkimuskohteita.