Richard Webb
kérdés: mikor nem erős erő? Válasz: ha valahol az atommagon kívül van. Legalábbis ez a helyzet az erős nukleáris erővel, amely a természet négy alapvető erőjének egyike (a többi az elektromágnesesség, a gravitáció és a gyenge nukleáris erő).
az erős erő a kvarkokat, az atommag protonjait és neutronjait alkotó alapvető részecskéket tartja össze, továbbá protonokat és neutronokat tart össze, hogy atommagokat képezzenek., Mint ilyen felelős az anyag alapvető stabilitásáért. Hatalmas ereje az is, amit a nukleáris fúzió folyamatában szabadítanak fel a napban, vagy nukleáris hasadást egy atombombában.
körülbelül 1 femtometrikus vagy 10-15m szubatomi skálán messze a legerősebb a négy erő közül, 137-szer erősebb, mint az elektromágnesesség, és milliószor erősebb, mint a gyenge kölcsönhatás. (A gravitáció annyira gyenge, hogy teljesen irreleváns ezen a skálán.) Az a tény, hogy nagyobb léptékben jelentéktelen, egy furcsa, erős erőfölény Paradox hatása., Az elektromágneses erőt továbbító fotonnak nincs elektromos töltése, de az erős erőt továbbító gluonok néven ismert részecskék hordozzák az azonos erősségű “színtöltést”. Ezért részt vesznek a saját erejükben, és kölcsönhatásba léphetnek magukkal.
az eredmény Az, hogy, mivel az elektromágnesesség gyengül, amikor az elektromosan töltött részecskék további egymástól, ha megpróbálod kihúzni a kvarkok pedig a gluonok, ami összeköti őket egymástól, az erő közöttük egyre erősebb, ping vissza őket együtt., Ez a jelenség, az aszimptotikus szabadság néven ismert, azt jelenti, hogy az erős erőhatások soha nem érezhetők egy bizonyos hosszúsági skála felett. Azt is megmagyarázza, hogy miért sem a kvarkok, sem a gluonok nem rendelkezhetnek önálló létezéssel. Csak nagyobb kompozit részecskék, például protonok és neutronok részeként jelennek meg.
Hirdetés
van egy egész sereg olyan részecskék, kialakult a kombinációk, hatan, vagy az “ízek”, a kvarkok – fel, le, furcsa, varázsa, az alsó, illetve felső – plusz az egyenértékű antiparticles., A kvarkok kombinációit két további komplikáció határozza meg.
Első, kvarkok cipelni nem csak színes felelős, hanem egy elektromos töltés egy töredéke egy egész szám: +2/3 (fel, charm top kvark), -1/3 (le, furcsa, alsó kvarkok), -2/3 (fel, varázsa, felső antikvarkból állnak), vagy +1/3 (le, furcsa, alsó antikvarkból állnak). A kvarkokból álló kompozit részecskék azonban csak egész elektromos töltéssel rendelkezhetnek. Másodszor, nem csak egyféle színtöltés létezik, mint elektromos töltéssel, hanem három: piros, zöld és kék., A részecskékben lévő kvarkok színe megváltozhat, amíg megőrzik a színek közötti általános egyensúlyt.
mindezek nettó eredménye az, hogy csak két életképes kvarkkompozit létezik: barionok, amelyek három kvarkból (és egyenértékű antibarionokból állnak, amelyek három antiquarkból állnak); és mezonok, amelyek quark-antiquark Párok.,
a proton és a neutron, az egyetlen erős erő részecskék, amelyeknek állandó létezése van jelenlegi világunkban, mind barionok, a proton kvark konfigurációival (uud), az elektromos töltéssel +1; és (udd) a neutron számára, ami összességében semleges elektromos töltést eredményez. A konfigurációk közötti különbség azt is jelenti, hogy a neutron csak kissé nehezebb, mint a proton. Ez a tény azt jelenti, hogy a proton, amennyire bárki tudja, nem bomlik – az atomi anyag stabilitásának alapvető előfeltétele, így létezésünk szempontjából.,
a quark modellt Murray Gell-Mann és George Zweig fizikusok dolgozták ki az 1960-as évek elején (a” quark ” név egy értelmetlen szó volt James Joyce Finnegans Ébredéséből, hogy Gell-Mannnek tetszett a hangja). A mögöttes minták magyarázták a különböző tömegű részecskék bőségét, amelyek a gyorsító kísérletekben felbukkantak, látszólag rím vagy ok nélkül abban az időben., 1973-ban David Gross és Frank Wilczek, valamint önállóan David Politzer felfedezték az aszimptotikus szabadság kulcsfontosságú tulajdonságát, amely a kvantumkromodinamika alapját képezi, vagy QCD, az erős erő kvantummező elmélete-egy olyan eredmény, amelyért mindhárom megosztotta a 2004-es fizikai Nobel-díjat.
A QCD egyike annak a két kvantummező elméletnek, a kvantumelektrodinamika vagy a QED mellett az elektromágnesesség egységes elmélete és a gyenge nukleáris erő, amelyek együttesen alkotják a részecskefizika standard modelljeként ismert laza társulást., Továbbra is nagy remény a fizikusok számára, hogy a QCD és a QED egy napon egy elméletben egyesülhetnek. Úgy gondolják, hogy az elektroweak és az erős erők egyként működtek az univerzum hihetetlenül forró első pillanataiban. Ennek a “Grand unified theory” – nak a bizonyítékainak megtalálása szükségessé tenné a rendkívül energikus körülmények újjáépítését, ez a feladat jelenleg még a CERN nagy Hadronütköztetőjén is túlmutat, a legizmosabb részecske-zúzón.
időközben a QCD továbbra is ördögien nehéz erő a számításokhoz, csak önmagában., A kvarkok és a gluonok között a részecskék, például a protonok és a neutronok közötti számtalan erős erő kölcsönhatást csak közelítéssel lehet kezelni, rácsos QCD néven ismert technikával. Ez az egyik oka annak, hogy néhány nagyon alapvető erős erő tény, például milyen nagy a proton, továbbra is erősen vitatott.