af Richard ?ebb
spørgsmål: Hvornår er en stærk kraft ikke en stærk kraft? Svar: når det er overalt uden for atomkernen. Det er i det mindste tilfældet med den stærke atomkraft, en af fire grundlæggende naturkræfter (de andre er elektromagnetisme, tyngdekraft og den svage atomkraft).
Den stærke kraft, der holder sammen kvarker, de grundlæggende partikler, der udgør protoner og neutroner i atomkernen, og yderligere holder sammen protoner og neutroner til at danne atomkerner., Som sådan er det ansvarlig for stoffets underliggende stabilitet. Dens enorme magt er også det, der frigives i processen med nuklear fusion i solen eller nuklear fission i en atombombe.
På subatomare skala fra 1 femtometre, eller 10-15m , det er langt den stærkeste af de fire kræfter, 137 gange stærkere end elektromagnetisme, og en million gange stærkere end den svage vekselvirkning. (Tyngdekraften er så svag, at den er fuldstændig irrelevant på disse skalaer.) Det faktum, at det er ubetydeligt på større skalaer, er den paradoksale virkning af en underlig stærk kraft quuirk., Fotonen, der transmitterer den elektromagnetiske kraft, har ingen elektrisk ladning, men partiklerne kendt som gluoner, der transmitterer den stærke kraft, bærer den tilsvarende stærke kraft “farveladning”. De deltager derfor i deres egen kraft og kan interagere med sig selv.
resultatet er, at mens elektromagnetisme bliver svagere, når elektrisk ladede partikler er længere fra hinanden, hvis du prøver at trække kvarker og gluonerne, der binder dem fra hinanden, bliver kraften mellem dem stærkere og pinger dem sammen igen., Dette fænomen, kendt som asymptotisk frihed, betyder, at stærke effekter aldrig mærkes over en bestemt længdeskala. Det forklarer også, hvorfor hverken kvarker eller gluoner kan have en selvstændig eksistens. De vises kun nogensinde som en del af større sammensatte partikler, såsom protoner og neutroner.
Reklame
Der er et helt menageri af sådanne partikler, der er dannet af kombinationer af seks typer, eller “varianter” af kvarker – op, ned, mærkelige, charme, bund og top – plus deres tilsvarende antipartikler., Hvilke kombinationer af kvarker er tilladt bestemmes af to yderligere komplikationer.
for det Første, kvarker bære ikke bare farve afgift, men også en elektrisk ladning af en brøkdel af et heltal: +2/3 (op, charme og top kvarker), -1/3 (ned, mærkelige og bunden kvarker), -2/3 (op, charme og top antiquarks) eller +1/3 (ned, mærkelige og bunden antiquarks). Sammensatte partikler, der består af kvarker, imidlertid, er kun tilladt at have heltal elektrisk ladning. For det andet er der ikke kun en type farveopladning, som der er med elektrisk ladning, men tre: rød, grøn og blå., Kvarker i partikler kan ændre farve, så længe de bevarer en samlet balance mellem farver.
nettoresultatet af alt dette er, at der kun er to levedygtige slags kvarkkomposit: baryoner, dannet af tre kvarker (og deres ækvivalente antibaryoner, dannet af tre antikvarker); og mesoner, som er kvark-antikvark-par.,
proton og neutron, kun stærk kraft partikler til at have meget af en permanent eksistens i vores nuværende verden, er både baryons, med kvark konfigurationer (uud) for proton, med dens elektriske ladning +1; og (udd) for neutron, hvilket resulterer i en samlet neutral elektrisk ladning. Forskellen i konfigurationer betyder også, at neutronen bare er så lidt tungere end protonen. Denne kendsgerning betyder, at protonen, så vidt nogen ved, ikke forfalder-en grundlæggende forudsætning for stabiliteten af atomare stoffer og så for vores eksistens.,
quark model blev udarbejdet af fysikere Murray Gell-Mann og George Zweig selvstændigt i begyndelsen af 1960’erne (navnet “quark” var et nonsens-ord fra James Joyce ‘ s Finnegans Wake, at Gell-Mann, der skete til at lide lyden af). Dens underliggende mønstre forklarede en overflod af partikler af forskellige masser, der dukkede op i acceleratoreksperimenter tilsyneladende uden rim eller grund på det tidspunkt., I 1973, David Gross og Frank Wilczek, og uafhængigt David Politzer, opdagede de centrale ejendom asymptotiske frihed, der ligger til grund for quantum chromodynamics, eller QCD, quantum field theory, af den stærke kraft – en præstation, som alle tre delte 2004 Nobelprisen i fysik.
QCD er en af to kvantefeltteorier sammen med kvantelektrodynamik eller .ed, den samlede teori om elektromagnetisme og den svage atomkraft, der tilsammen udgør den løse forening kendt som standardmodellen for partikelfysik., Det er stadig et stort håb for fysikere, at QCD og .ed måske en dag selv være forenet i en teori. Elektroeaeak og de stærke kræfter menes at have fungeret som en i universets utroligt varme tidlige første øjeblikke. At finde bevis for denne” grand unified theory ” ville kræve genskabelse af disse meget energiske forhold, en opgave i øjeblikket ud over selv CERNs Large Hadron Collider, den mest muskulære partikel smasher vi har.
mellemtiden forbliver .cd en djævelsk vanskelig kraft til at foretage beregninger med bare på egen hånd., De utallige stærke kraftinteraktioner mellem kvarker og gluoner inden for partikler som protoner og neutroner kan kun behandles ved tilnærmelser, i en teknik kendt som gitter QCD. Det er en af grundene til, at nogle ret grundlæggende stærke fakta, som hvor stor en proton er, forbliver meget omstridte.