Richard Webb
otázka: kdy je silná síla není silná síla? Odpověď: když je někde mimo atomové jádro. To je přinejmenším případ silné jaderné síly, jedné ze čtyř základních přírodních sil (ostatní jsou elektromagnetismus, gravitace a slabá jaderná síla).
silná síla drží pohromadě kvarky, elementární částice, které tvoří protony a neutrony, atomové jádro, a dále drží pohromadě protony a neutrony tvoří atomové jádro., Jako takový je zodpovědný za základní stabilitu hmoty. Jeho obrovská síla je také to, co se uvolňuje v procesu jaderné fúze na slunci nebo jaderného štěpení v jaderné bombě.
na subatomárních stupnicích asi 1 femtometru nebo 10-15m je zdaleka nejsilnější ze čtyř sil , 137krát silnější než elektromagnetismus a milionkrát silnější než slabá interakce. (Gravitace je tak slabá, že je na těchto stupnicích zcela irelevantní.) Skutečnost, že je na větších měřítcích nevýznamná, je paradoxním účinkem podivného vtípku silné síly., Foton, který přenáší elektromagnetickou sílu, nemá elektrický náboj, ale částice známé jako gluony, které přenášejí silnou sílu, nesou ekvivalentní silnou sílu „barevný náboj“. Proto se účastní své vlastní síly a mohou komunikovat sami se sebou.
výsledkem je, že zatímco elektromagnetismus je slabší, když jsou elektricky nabité částice dále od sebe, pokud se pokusíte vytáhnout kvarky a gluony, které je spojují, síla mezi nimi roste silnější a vrhá je zpět dohromady., Tento jev, známý jako asymptotická svoboda, znamená, že účinky silné síly se nikdy necítí nad určitou délkou. Vysvětluje také, proč ani kvarky ani gluony nemohou mít samostatnou existenci. Objevují se pouze jako součást větších kompozitních částic, jako jsou protony a neutrony.
Reklama
k Dispozici je celý zvěřinec takové částice, tvořené kombinací šesti druhů, nebo „vůně“ z kvarků – up, down, strange, charm, bottom a top – plus jejich ekvivalent antičástic., Které kombinace kvarků jsou povoleny, jsou určeny dvěma dalšími komplikacemi.
za Prvé, kvarky nesou nejen barvu, náboj, ale také elektrický náboj zlomek, celé číslo: +2/3 (nahoru, kouzlo a top kvarky), -1/3 (down, strange a bottom kvarků), -2/3 (nahoru, kouzlo a top antiquarks) nebo +1/3 (down, strange a bottom antiquarks). Kompozitní částice složené z kvarků však mohou mít pouze celočíselný elektrický náboj. Za druhé, neexistuje pouze jeden typ barevného náboje, jako je tomu u elektrického náboje, ale tři: červená, zelená a modrá., Kvarky uvnitř částic mohou měnit barvu, pokud zachovávají celkovou rovnováhu mezi barvami.
čistý výsledek toho všeho je, že existují pouze dvě životaschopné druhy kvarků složené: baryony, tvořené třemi kvarky (a jejich ekvivalent antibaryonů, tvoří tři antiquarks), a mezony, které jsou kvark-antiquark párů.,
proton a neutron, pouze silný-platnost částic mají mnohem stálé existence v našem současném světě, jsou oba baryony, s quark konfigurace (uud) na proton, jeho elektrický náboj +1; a (udd) pro neutron, což vede k celkově neutrální elektrický náboj. Rozdíl v konfiguracích také znamená, že neutron je stále o něco těžší než proton. Tato skutečnost znamená, že proton, pokud někdo ví, se nerozkládá – základní předpoklad pro stabilitu atomové hmoty, a tak pro naši existenci.,
kvarkový model byl navržený fyzikové Murray Gell-Mann a George Zweig nezávisle na začátku 1960 (název „quark“ je nesmyslné slovo od Jamese Joyce Finnegans Wake, že Gell-Mann stalo jako zvuk). Jeho základní vzory vysvětlil hojnost částice různých hmotností, které se objevují v akcelerátoru experimenty zdánlivě bez rýmu nebo důvodu v té době., V roce 1973, David Gross a Frank Wilczek, a nezávisle na sobě David Politzer, objevil klíčovou vlastnost asymptotické svobody, která je základem kvantové chromodynamiky, nebo QCD, kvantové teorie pole silné síly, což byl úspěch, na který všichni tři sdíleli 2004 Nobelovu cenu za fyziku.
QCD je jedna ze dvou teorií kvantového pole, spolu s kvantová elektrodynamika nebo QED, jednotné teorie elektromagnetismu a slabé jaderné síly, které dohromady tvoří volné sdružení, známé jako standardní model částicové fyziky., Zůstává velkou nadějí fyziků, že QCD a QED by se jednoho dne mohli sjednotit v jedné teorii. Předpokládá se, že electroweak a silné síly působily jako jeden v neuvěřitelně horkých prvních okamžicích vesmíru. Hledání důkazů tohoto „grand unified theory“ by vyžadovalo obnovovat tyto vysoce energetické podmínky, úkol, v současné době přesahuje i CERNU Large Hadron Collider, největší svalové částic smasher máme.
mezitím QCD zůstává ďábelsky obtížnou silou, kterou lze provádět výpočty pouze Samostatně., Nesčetné interakce silné síly mezi kvarky a gluony uvnitř částic, jako jsou protony a neutrony, lze řešit pouze aproximacemi, technikou známou jako mřížka QCD. To je jeden z důvodů, proč některá docela základní fakta o silné síle, jako je to, jak velký je proton, zůstávají velmi sporná.