Läsaren är bekant med krafter av olika karaktär som visar sig i interaktioner mellan kroppar. Men i grunden olika typer interaktion väldigt lite. Bortsett från gravitationen, som spelar en betydande roll endast i närvaro av enorma massor, är bara tre typer av interaktioner kända: stark, elektromagnetiska och svag.
Elektromagnetisk interaktion alla vet. Tack vare dem sänder en ojämnt rörlig elektrisk laddning (säg en elektron i en atom) ut elektromagnetiska vågor (till exempel, synligt ljus). Alla interaktioner är associerade med denna klass av interaktioner. kemiska processer, såväl som alla molekylära fenomen - ytspänning, kapilläritet, adsorption, fluiditet. Elektromagnetisk interaktion, vars teori briljant bekräftas av erfarenhet, är djupt relaterade till elektrisk laddning elementär partiklar.
Stark interaktion blev känd först efter upptäckten av den inre strukturen hos atomkärnan. 1932 upptäcktes att den består av nukleoner, neutroner och protoner. Och precis stark interaktion koppla samman nukleoner i kärnan - är ansvariga för kärnkrafter, som, till skillnad från elektromagnetiska, kännetecknas av ett mycket kort aktionsområde (cirka 10-13, dvs en tio biljondels centimeter) och hög intensitet. Förutom detta, stark interaktion dyker upp vid kollisioner partiklar höga energier som involverar pioner och så kallade "konstiga" partiklar.
Det är bekvämt att uppskatta intensiteten av interaktioner med hjälp av den så kallade medelfria vägen partiklar i något ämne, dvs. längs den genomsnittliga väglängden, som partikel kan passera genom detta ämne tills en destruktiv eller starkt avböjande kollision inträffar. Det är tydligt att ju längre medelfri väg är, desto mindre intensiv blir interaktionen.
Om vi överväger partiklar mycket hög energi, sedan kollisioner orsakade av stark interaktioner, kännetecknas av den fria vägen partiklar, motsvarande i storleksordning tiotals centimeter i koppar eller järn.
Situationen är annorlunda med svaga interaktioner. Som vi redan har sagt, mäts den genomsnittliga fria vägen för neutriner i tät materia i astronomiska enheter. Detta indikerar en förvånansvärt låg intensitet av svaga interaktioner.
Vilken process som helst interaktion elementär partiklar kännetecknas av en viss tid som bestämmer dess genomsnittliga varaktighet. Processer orsakade av svaga interaktioner, kallas ofta "långsamma" eftersom tiden för dem är relativt lång.
Läsaren kan dock bli förvånad över att ett fenomen som inträffar på till exempel 10-6 (en miljondels) sekund klassificeras som långsamt. Denna livstid är typisk för till exempel förfallet av en myon orsakad av svag interaktioner. Men allt lär sig genom jämförelse. i världen elementär partiklar en sådan tidsperiod är verkligen ganska lång. Den naturliga längdenheten i mikrokosmos är 10-13 centimeter - kärnkrafternas verkningsradie. Och sedan grundskolan partiklar hög energi har en hastighet nära ljusets hastighet (cirka 1010 centimeter per sekund), då blir den "normala" tidsskalan för dem 10-23 sekunder.
Detta betyder att tiden på 10-6 sekunder för mikrovärldens "medborgare" är mycket längre än för dig och mig hela perioden av livets existens på jorden
Den första teorin om svag interaktion föreslogs av Enrico Fermi 1930. När han utvecklade teorin använde han Wolfgang Paulis hypotes om existensen av en ny elementarpartikel, neutrinon, vid den tiden.
Svag interaktion beskriver dessa processer kärnfysik och partikelfysik, som sker relativt långsamt, i motsats till de snabba processer som orsakas av den starka interaktionen. Till exempel är halveringstiden för en neutron ungefär 16 minuter. – Evighet jämfört med nukleära processer, som kännetecknas av en tid på 10 -23 s.
Som jämförelse, laddade pioner? ± sönderfall genom svag interaktion och har en livslängd på 2,6033 ± 0,0005 x 10 -8 s, medan den neutrala pionen? 0 sönderfaller till två gammastrålar genom elektromagnetisk interaktion och har en livslängd på 8,4 ± 0,6 x 10 -17 s.
Ett annat kännetecken för interaktion är den fria vägen för partiklar i ett ämne. Partiklar som interagerar genom elektromagnetisk interaktion - laddade partiklar, gammakvanta - kan hållas kvar av en flera tiotals centimeter tjock järnplatta. Medan en neutrino, som endast samverkar svagt, passerar genom ett metallskikt som är en miljard kilometer tjockt utan att någonsin kollidera.
Den svaga interaktionen involverar kvarkar och leptoner, inklusive neutriner. I detta fall ändras aromen av partiklarna, d.v.s. deras typ. Till exempel, som ett resultat av sönderfallet av en neutron, förvandlas en av dess d-kvarkar till en u-kvark. Neutrinos är unika genom att de interagerar med andra partiklar endast genom svaga, och ännu svagare, gravitationsinteraktioner.
Enligt moderna koncept, formulerade i standardmodellen, bärs den svaga interaktionen av gauge W- och Z-bosoner, som upptäcktes vid acceleratorer 1982. Deras massor är 80 och 90 gånger massan av en proton. Utbytet av virtuella W-bosoner kallas en laddad ström, utbytet av Z-bosoner kallas en neutral ström.
Topparna i Feynman-diagram som beskriver möjliga processer som involverar gauge W- och Z-bosoner kan delas in i tre typer:
En lepton kan viprominitera eller absorbera en W-boson och förvandlas till en neutrino;
en kvark kan viprominitera eller absorbera en W-boson och ändra dess smak och bli en överlagring av andra kvarkar;
en lepton eller kvarg kan absorbera eller viprominera en Z-boson
En partikels förmåga att svagt interagera beskrivs av ett kvanttal som kallas svagt isospin. Möjliga isospinvärden för partiklar som kan utbyta W- och Z-bosoner är ± 1/2. Det är dessa partiklar som interagerar genom den svaga interaktionen. Partiklar med noll svagt isospin, för vilka processerna för utbyte av W- och Z-bosoner är omöjliga, interagerar inte genom svag mutualism. Svagt isospin bevaras i reaktioner mellan elementarpartiklar. Detta innebär att det totala svaga isospinet för alla partiklar som deltar i reaktionen förblir oförändrat, även om partiklarna kan ändras.
En egenskap hos den svaga interaktionen är att den bryter mot pariteten, eftersom endast fermioner med vänsterhänt kiralitet och antipartiklar av fermioner med högerhänt kiralitet har förmågan att svagt interagera genom laddade strömmar. Icke-konservering av paritet i svaga interaktioner upptäcktes av Yang Zhenning och Li Zhengdao, för vilket de fick Nobelpriset i fysik för 1957. Orsaken till att paritet inte bevaras ses i spontan symmetribrytning. I standardmodellen motsvarar symmetribrott en hypotetisk partikel, Higgs-bosonen. Detta är den enda partikeln i den vanliga modellen som ännu inte har upptäckts experimentellt.
Vid svag interaktion bryts också CP-symmetri. Denna kränkning upptäcktes experimentellt 1964 i experiment med kaon. Författarna till upptäckten, James Cronin och Val Fitch, tilldelades Nobelpriset 1980. Brott mot CP-symmetri förekommer mycket mer sällan än paritetsbrott. Det betyder också, eftersom bevarandet av CPT-symmetri är baserat på grundläggande fysikaliska principer - Lorentz-transformationer och kortdistansinteraktion, möjligheten att bryta T-symmetri, d.v.s. icke-invarians av fysiska processer med avseende på förändringar i tidens riktning.
1969 konstruerades en enhetlig teori om elektromagnetisk och svag kärnväxelverkan, enligt vilken vid energier på 100 GeV, vilket motsvarar en temperatur på 10 15 K, försvinner skillnaden mellan elektromagnetiska och svaga processer. Experimentell verifiering av den förenade teorin om elektrosvag och stark kärnkraftsinteraktion kräver en ökning av acceleratorenergin med hundra miljarder gånger.
Teorin om elektrosvag interaktion är baserad på symmetrigruppen SU(2).
Trots sin ringa storlek och korta varaktighet presterar den svaga interaktionen mycket viktig roll i naturen. Om det var möjligt att "stänga av" den svaga interaktionen, skulle solen slockna, eftersom processen att omvandla en proton till en neutron, en positron och en neutrino, som ett resultat av vilket 4 protoner förvandlas till 4 He, två positroner och två neutriner, skulle bli omöjligt. Denna process fungerar som den huvudsakliga energikällan för solen och de flesta stjärnor (se Vätecykeln). Svaga interaktionsprocesser är viktiga för stjärnors utveckling eftersom de gör att energin från mycket heta stjärnor går förlorad i supernovaexplosioner med bildandet av pulsarer, etc. Om det inte fanns någon svag interaktion i naturen, skulle myoner, pi-mesoner och andra partiklar vara stabila och utbredda i vanlig materia. En så viktig roll för den svaga interaktionen beror på det faktum att den inte följer ett antal förbud som är karakteristiska för de starka och elektromagnetiska interaktionerna. I synnerhet förvandlar den svaga interaktionen laddade leptoner till neutriner och kvarkar av en smak till kvarkar av en annan.
Den svaga kraften, eller den svaga kärnkraften, är en av fyra grundläggande interaktioner i naturen. Det är i synnerhet ansvarigt för kärnans beta-sönderfall. Denna växelverkan kallas svag, eftersom de andra två växelverkan som är signifikanta för kärnfysik (stark och elektromagnetisk) kännetecknas av mycket större intensitet. Det är dock mycket starkare än den fjärde av de grundläggande interaktionerna, gravitation. Denna interaktion är den svagaste av de fundamentala interaktioner som experimentellt observerats vid sönderfall av elementarpartiklar, där kvanteffekter är fundamentalt signifikanta. Kvantmanifestationer av gravitationsinteraktion har aldrig observerats. Svag interaktion särskiljs med hjälp av följande regel: om en elementarpartikel som kallas neutrino (eller antineutrino) deltar i interaktionsprocessen, är denna interaktion svag.
Ett typiskt exempel på den svaga interaktionen är beta-sönderfallet av en neutron
där n är en neutron, p är en proton, e- är en elektron, e är en elektron antineutrino.
Man bör dock komma ihåg att ovanstående regel inte alls betyder att någon handling av svag interaktion måste åtföljas av en neutrino eller antineutrino. Det är känt att det förekommer stort antal neutrinolfria sönderfall. Som ett exempel kan vi notera processen för sönderfall av en lambdahyperon till en p-proton och en negativt laddad pion. Enligt moderna begrepp är neutronen och protonen inte riktigt elementarpartiklar, utan består av elementarpartiklar som kallas kvarkar.
Intensiteten av den svaga interaktionen kännetecknas av Fermi-kopplingskonstanten GF. GF-konstanten är dimensionell. För att bilda en dimensionslös kvantitet är det nödvändigt att använda någon referensmassa, till exempel protonmassan mp. Då blir den dimensionslösa kopplingskonstanten
Det kan ses att den svaga interaktionen är mycket mer intensiv än gravitationsinteraktionen.
Den svaga interaktionen är, till skillnad från gravitationsinteraktionen, kort räckvidd. Det betyder att den svaga kraften mellan partiklarna bara spelar in om partiklarna är tillräckligt nära varandra. Om avståndet mellan partiklarna överstiger ett visst värde som kallas den karakteristiska växelverkansradien visar sig inte den svaga växelverkan. Det har experimentellt fastställts att den karakteristiska radien för svag interaktion är cirka 10-15 cm, det vill säga svag interaktion är koncentrerad på avstånd mindre storlekar atomkärnan. Även om den svaga interaktionen är väsentligt koncentrerad inom kärnan, har den vissa makroskopiska manifestationer. Dessutom spelar den svaga interaktionen en viktig roll i de så kallade termonukleära reaktionerna som är ansvariga för mekanismen för energifrisättning i stjärnor. Den mest fantastiska egenskapen svag interaktion är förekomsten av processer där spegelasymmetri manifesteras. Vid första anblicken verkar det uppenbart att skillnaden mellan begreppen vänster och höger är godtycklig. Faktum är att processerna för gravitation, elektromagnetisk och stark interaktion är oföränderliga med avseende på rumslig inversion, som utför spegelreflektion. Det sägs att i sådana processer är den rumsliga pariteten P bevarad. Det har emellertid experimentellt fastställts att svaga processer kan fortsätta med icke-konservering av rumslig paritet och därför tycks känna skillnaden mellan vänster och höger. För närvarande finns det solida experimentella bevis för att paritetsicke-konservering i svaga interaktioner är universell till sin natur. Det bör erkännas att spegelasymmetri är en egenskap hos naturen på den mest grundläggande nivån.
Andra artiklar:
stater
1932 föreslogs protonneutronmodellen Ivanenko-Heisenberg. Kärnor med samma laddning och olika vikter kallas isotoper. 75 % 25 % naturligt klor. Kärnor med samma masstal, men med olika avgifter...
Kemisk sammansättning och fysikalisk-kemiska egenskaper hos DNA
DNA är flerbasiska starka syror, vars alkaliska salter bildar mycket trögflytande transparenta kolloidala lösningar i vatten som stelnar vid koncentrationer över 0,25 %. DNA-lösningar kännetecknas av onormal (strukturell) viskositet...
Tvåstegs djup halvflödesprocess
I den första fermentorn förökar sig bakterier. En del av innehållet från den första fermentatorn pumpas in i den andra, där jäsningen avslutas. Färsk vört läggs till den första fermentorn och innehållet i den andra hälls ut helt. Poet...
1896 upptäckte den franske forskaren Henri Becquerel radioaktivitet i uran. Detta var den första experimentella signalen om tidigare okända naturkrafter - svag interaktion. Vi vet nu att den svaga kraften ligger bakom många välbekanta fenomen – till exempel är den inblandad i vissa termonukleära reaktioner som stödjer solens och andra stjärnors strålning.
Namnet "svag" kom till denna interaktion på grund av ett missförstånd - till exempel för en proton är den 1033 gånger starkare än gravitationsinteraktionen (se Gravity, This Unity of Nature). Detta är snarare en destruktiv interaktion, den enda naturkraften som inte håller ihop substansen, utan bara förstör den. Man skulle också kunna kalla det "principlöst", eftersom det i förstörelse inte tar hänsyn till principerna om rumslig paritet och tidsmässig reversibilitet, som iakttas av andra krafter.
De grundläggande egenskaperna hos den svaga interaktionen blev kända redan på 1930-talet, främst tack vare den italienska fysikern E. Fermis arbete. Det visade sig att, till skillnad från gravitationskrafter och elektriska krafter, har svaga krafter ett mycket kort verkansområde. Under dessa år verkade det som om det inte fanns någon handlingsradie alls - interaktion ägde rum vid en punkt i rymden, och dessutom omedelbart. Denna interaktion är virtuell (på kort tid) omvandlar varje proton i kärnan till en neutron, en positron till en positron och en neutrino, och varje neutron till en proton, elektron och antineutrino. I stabila kärnor (se Atomkärna) förblir dessa transformationer virtuella, som det virtuella skapandet av elektron-positronpar eller proton-antiprotonpar i ett vakuum.
Om skillnaden i massorna av kärnor som skiljer sig åt med en laddning är tillräckligt stor, blir dessa virtuella transformationer verkliga, och kärnan ändrar sin laddning med 1 och avger en elektron och en antineutrino (elektronnedbrytning) eller en positron och en neutrino ( positronsönderfall). Neutroner har en massa som med ungefär 1 MeV överstiger summan av massorna av en proton och en elektron. Därför sönderfaller en fri neutron till en proton, en elektron och en antineutrino, och frigör en energi på ungefär 1 MeV. Livslängden för en fri neutron är ungefär 10 minuter, men i ett bundet tillstånd, till exempel i deuteron, som består av en neutron och en proton, lever dessa partiklar på obestämd tid.
En liknande händelse inträffar med myonen (se Peptons) - den sönderfaller till en elektron, neutrino och antineutrino. Innan den sönderfaller lever en myon omkring c - mycket mindre än en neutron. Fermis teori förklarade detta med skillnaden i massan av de inblandade partiklarna. Ju mer energi som frigörs under sönderfallet, desto snabbare går det. Frigörandet av energi under sönderfallet är cirka 100 MeV, cirka 100 gånger större än under sönderfallet av en neutron. Livslängden för en partikel är omvänt proportionell mot denna energis femte potens.
Som det visade sig under de senaste decennierna är den svaga interaktionen icke-lokal, det vill säga den inträffar inte omedelbart och inte vid ett tillfälle. Enligt modern teori överförs den svaga interaktionen inte omedelbart, utan ett virtuellt elektron-antineutrino-par föds s efter att myonen förvandlas till en neutrino, och detta sker på ett avstånd av cm. Inte en enda linjal, inte ett enda mikroskop , naturligtvis, mäta ett så litet avstånd, precis som inget stoppur kan mäta ett så litet tidsintervall. Som nästan alltid är fallet måste vi i modern fysik nöja oss med indirekta data. Fysiker bygger olika hypoteser om processens mekanism och testar alla möjliga konsekvenser av dessa hypoteser. De hypoteser som motsäger åtminstone ett tillförlitligt experiment förkastas och nya experiment genomförs för att testa de återstående. Denna process, i fallet med den svaga växelverkan, fortsatte i cirka 40 år, tills fysiker blev övertygade om att den svaga växelverkan bars av supermassiva partiklar - 100 gånger tyngre än protonen. Dessa partiklar har spin 1 och kallas vektorbosoner (upptäcktes 1983 vid CERN, Schweiz - Frankrike).
Det finns två laddade vektorbosoner och en neutral (ikonen längst upp anger som vanligt laddningen i protonenheter). En laddad vektorboson "fungerar" i neutronens och myonens sönderfall. Förloppet av myons sönderfall visas i fig. (ovan, höger). Sådana ritningar kallas Feynman-diagram, de illustrerar inte bara processen, utan hjälper också till att beräkna den. Detta är ett slags stenografi för formeln för sannolikheten för en reaktion; den används här endast i illustrationssyfte.
Myonen förvandlas till en neutrino och avger ett -boson, som sönderfaller till en elektron och en antineutrino. Den frigjorda energin räcker inte för den verkliga födelsen av en -boson, så den föds virtuellt, d.v.s. under en mycket kort tid. I det här fallet är det s. Under denna tid hinner inte fältet som motsvarar -bosonen bilda en våg, eller på annat sätt, en riktig partikel (se Fält och partiklar). En fältpropp av cm i storlek bildas, och efter c föds en elektron och en antineutrino från den.
För sönderfallet av en neutron skulle det vara möjligt att rita samma diagram, men här skulle det redan vilseleda oss. Faktum är att storleken på en neutron är cm, vilket är 1000 gånger större än verkningsradien för svaga krafter. Därför verkar dessa krafter inuti neutronen, där kvarkarna finns. En av de tre neutronkvarkarna avger ett -boson och omvandlas till en annan kvark. Laddningarna för kvarkar i en neutron är: -1/3, - 1/3 och därför förvandlas en av de två kvarkarna med en negativ laddning på -1/3 till en kvark med positiv laddning. Resultatet blir kvarkar med laddningar - 1/3, 2/3, 2/3, som tillsammans utgör en proton. Reaktionsprodukterna - elektron och antineutrino - flyger fritt ut ur protonen. Men det är en kvarg som avgav en -boson. fick sparken och började röra sig i motsatt riktning. Varför flyger han inte ut?
Det hålls samman av ett starkt samspel. Denna interaktion kommer att bära kvarken tillsammans med dess två oskiljaktiga följeslagare, vilket resulterar i en rörlig proton. Enligt ett liknande schema inträffar svaga sönderfall (associerade med svag interaktion) av de återstående hadronerna. De kokar alla ner till emissionen av en vektorboson från en av kvarkarna, övergången av denna vektorboson till leptoner (och -partiklar) och ytterligare expansion av reaktionsprodukterna.
Ibland inträffar dock även hadroniska sönderfall: en vektorboson kan sönderfalla till ett kvark-antikvarkpar, som kommer att förvandlas till mesoner.
Så, stort antal av olika reaktioner beror på interaktionen mellan kvarkar och leptoner med vektorbosoner. Denna interaktion är universell, det vill säga den är densamma för kvarkar och leptoner. Den svaga växelverkans universalitet, i motsats till universaliteten hos gravitationell eller elektromagnetisk växelverkan, har ännu inte fått någon heltäckande förklaring. I moderna teorier kombineras den svaga interaktionen med den elektromagnetiska interaktionen (se Enhet mellan naturens krafter).
Om symmetribrytning av den svaga interaktionen, se Paritet, Neutrinos. Artikeln The Unity of the Forces of Nature talar om de svaga krafternas plats i bilden av mikrovärlden
Svag interaktion.K Fysiken har gått långsamt mot att identifiera existensen av den svaga interaktionen. Den svaga kraften är ansvarig för partikelsönderfall; och därför konfronterades dess manifestation med upptäckten av radioaktivitet och studiet av betasönderfall.
Beta-förfall har avslöjat en extremt märklig egenskap. Forskning ledde till slutsatsen att detta förfall verkade bryta mot en av fysikens grundläggande lagar - lagen om energibevarande. Det verkade som att en del av energin försvann någonstans. För att "rädda" lagen om energibevarande, föreslog W. Pauli att under beta-sönderfall flyger en annan partikel ut tillsammans med elektronen och tar med sig den saknade energin. Den är neutral och har en ovanligt hög penetreringsförmåga, som ett resultat av vilken den inte kunde observeras. E. Fermi kallade den osynliga partikeln "neutrino".
Men att förutsäga neutriner är bara början på problemet, dess formulering. Det var nödvändigt att förklara neutrinos natur, men det återstod mycket mystik här. Faktum är att elektroner och neutriner emitterades av instabila kärnor. Men det har ovedersägligt bevisats att det inte finns några sådana partiklar inuti kärnor. Om deras förekomst har det föreslagits att elektroner och neutriner inte existerar i kärnan i " färdig form", men på något sätt bildas av energin från en radioaktiv kärna. Ytterligare forskning visade att neutronerna som ingår i kärnan, lämnade åt sig själva, efter några minuter sönderfaller till en proton, elektron och neutrino, d.v.s. istället för en partikel dyker tre nya upp. Analysen ledde till slutsatsen att kända krafter inte kunde orsaka ett sådant sönderfall. Den genererades tydligen av någon annan, okänd kraft. Forskning har visat att denna kraft motsvarar en viss svag interaktion.
Den svaga interaktionen är betydligt mindre i omfattning än alla
andra interaktioner än gravitation, och i system där det finns, överskuggas dess effekter av elektromagnetiska och starka interaktioner. Dessutom fortplantar sig den svaga interaktionen över mycket små avstånd. Radien för den svaga interaktionen är mycket liten. Den svaga interaktionen stannar på ett avstånd som är större än 10-16 cm från källan, och därför kan den inte påverka makroskopiska objekt, utan begränsas till mikrokosmos, subatomära partiklar. När den lavinliknande upptäckten av många instabila subnukleära partiklar började upptäcktes att de flesta av dem deltar i svaga interaktioner.
Stark interaktion.Sista Bland de grundläggande interaktionerna är den starka interaktionen, som är en källa till enorm energi. Det mest typiska exemplet på energi som frigörs av den starka interaktionen är solen. I solens och stjärnornas djup sker kontinuerligt termonukleära reaktioner, orsakade av starka interaktioner. Men människan har också lärt sig att frigöra stark interaktion: skapad vätebomb, har kontrollerad termonukleär reaktionsteknik designats och förbättrats.
Fysiken kom till idén om förekomsten av stark interaktion under studiet av atomkärnans struktur. En viss kraft måste hålla de positivt laddade protonerna i kärnan, vilket hindrar dem från att flyga iväg under påverkan av elektrostatisk repulsion. Tyngdkraften är för svag för att ge detta; Uppenbarligen är någon form av interaktion nödvändig, dessutom starkare än elektromagnetisk. Det upptäcktes senare. Det visade sig att även om den starka interaktionen avsevärt överstiger alla andra fundamentala interaktioner i sin omfattning, så känns den inte utanför kärnan. Liksom i fallet med den svaga växelverkan visade sig verkningsradien för den nya kraften vara mycket liten: den starka växelverkan manifesterar sig på ett avstånd som bestäms av storleken på kärnan, d.v.s. cirka 10-13 cm. Dessutom visade det sig att inte alla partiklar upplever stark interaktion. Således upplever protoner och neutroner det, men elektroner, neutriner och fotoner är inte föremål för det. Vanligtvis deltar endast tunga partiklar i starka interaktioner. Det är ansvarigt för bildandet av kärnor och många interaktioner mellan elementarpartiklar.
Den teoretiska förklaringen av den starka interaktionens karaktär har varit svår att utveckla. Ett genombrott dök upp först i början av 60-talet, när kvarkmodellen föreslogs. I denna teori betraktas neutroner och protoner inte som elementära partiklar, utan som sammansatta system byggda av kvarkar.
Gravitationsinteraktion existerar mellan alla elementarpartiklar och bestämmer gravitationsattraktionen för alla kroppar till varandra på vilket avstånd som helst (se Universell gravitation lag); den är försumbar i fysiska processer i mikrokosmos, men spelar en stor roll, till exempel i kosmogonin. Svag interaktion manifesterar sig endast på avstånd av cirka 10-18 m och orsakar sönderfallsprocesser (till exempel beta-sönderfall av vissa elementarpartiklar och
kärnor). Elektromagnetisk interaktion existerar på vilket avstånd som helst mellan elementarpartiklar som har en elektrisk laddning eller magnetiskt moment; i synnerhet bestämmer den sambandet mellan elektroner och kärnor i atomer, och är också ansvarig för alla typer elektromagnetisk strålning. Stark interaktion manifesterar sig på avstånd av cirka 10-15 m och bestämmer förekomsten av atomkärnor.