De Richard Webb
întrebare: când o forță puternică nu este o forță puternică? Răspuns: Când este oriunde în afara nucleului atomic. Acesta este cel puțin cazul forței nucleare puternice, una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii (celelalte fiind electromagnetismul, gravitația și forța nucleară slabă).forța puternică ține împreună cuarcii, particulele fundamentale care alcătuiesc protonii și neutronii nucleului atomic, și mai ține împreună protonii și neutronii pentru a forma nuclee atomice., Ca atare, este responsabil pentru stabilitatea subiacentă a materiei. Puterea sa uriașă este, de asemenea, ceea ce este eliberat în procesul de fuziune nucleară la soare sau fisiune nucleară într-o bombă nucleară.pe scale subatomice de aproximativ 1 femtometru sau 10 – 15m, este de departe cea mai puternică dintre cele patru forțe, de 137 de ori mai puternică decât electromagnetismul și de un milion de ori mai puternică decât interacțiunea slabă. (Gravitația este atât de slabă încât este complet irelevantă pe aceste scale.) Faptul că este nesemnificativ pe scări mai mari este efectul paradoxal al unei ciudățenii ciudate de forță puternică., Fotonul, care transmite forța electromagnetică, nu are sarcină electrică, dar particulele cunoscute sub numele de gluoni care transmit forța puternică poartă „sarcina de culoare”echivalentă cu forța puternică. Prin urmare, ei participă la propria lor forță și pot interacționa cu ei înșiși.
rezultatul este că, în timp ce electromagnetismul devine mai slab atunci când particulele încărcate electric sunt mai îndepărtate, dacă încercați să trageți quark-urile și gluonii care le leagă, forța dintre ele devine mai puternică și le ping înapoi împreună., Acest fenomen, cunoscut sub numele de libertate asimptotică, înseamnă că efectele forței puternice nu sunt niciodată resimțite peste o anumită scară de lungime. De asemenea, explică de ce nici quark-urile, nici gluonii nu pot avea o existență de sine stătătoare. Ele apar doar ca parte a unor particule compozite mai mari, cum ar fi protonii și neutronii. există o întreagă menajerie de astfel de particule, formate din combinații de șase tipuri sau „arome” de cuarci – sus, jos, ciudat, farmec, jos și sus – plus antiparticulele lor echivalente., Ce combinații de cuarci sunt permise este determinată de două complicații suplimentare.
în Primul rând, quarcii nu transporta doar culoarea conducere, dar, de asemenea, o sarcină electrică de o fracțiune de un număr întreg: +2/3 (sus, farmec și de sus cuarci), -1/3 (jos, ciudat și de jos cuarci), -2/3 (sus, farmec și de sus antiquarks) sau +1/3 (jos, ciudat și de jos antiquarks). Particulele compozite formate din cuarci, cu toate acestea, sunt permise numai să aibă sarcină electrică întreagă. În al doilea rând, nu există doar un singur tip de încărcare de culoare, așa cum există cu sarcină electrică, ci trei: roșu, verde și albastru., Quarcii din particule își pot schimba culoarea atâta timp cât păstrează un echilibru general între culori.
rezultatul net din toate acestea este că există doar două viabile felul de quark compozite: barioni, format din trei quarcuri (și echivalentul lor antibaryons, format din trei antiquarks); și mezoni, care sunt cuarc-anticuarc perechi.,protonul și neutronul, singurele particule de forță puternică care au o existență permanentă în lumea noastră actuală, sunt ambele barioane, cu configurațiile quark (uud) pentru proton, cu sarcina electrică +1; și (udd) pentru neutron, rezultând o sarcină electrică neutră globală. Diferența în configurații înseamnă, de asemenea, neutronul este doar vreodată atât de puțin mai greu decât protonul. Acest fapt înseamnă că protonul, din câte știe cineva, nu se descompune – o condiție prealabilă de bază pentru stabilitatea materiei Atomice și astfel pentru existența noastră.,
modelul quark a fost conceput de fizicienii Murray Gell-Mann și George Zweig independent la începutul anilor 1960 (numele „quark” a fost un cuvânt nonsens din Finnegans Wake James Joyce că Gell-Mann sa întâmplat să-i placă sunetul). Modelele sale de bază a explicat o abundență de particule de diferite mase, care au fost popping sus în experimente accelerator aparent fără rimă sau motiv la momentul respectiv., În 1973, David Gross și Frank Wilczek, și independent David Politzer, au descoperit proprietatea cheie a libertății asimptotice care stă la baza cromodinamicii cuantice sau QCD, teoria câmpului cuantic al forței puternice – o realizare pentru care toți trei au împărtășit Premiul Nobel pentru Fizică din 2004.QCD este una dintre cele două teorii cuantice ale câmpului, împreună cu electrodinamica cuantică sau QED, teoria unificată a electromagnetismului și forța nucleară slabă, care împreună formează asocierea liberă cunoscută sub numele de modelul standard al fizicii particulelor., Rămâne o mare speranță a fizicienilor că QCD și QED ar putea într-o zi să fie uniți într-o singură teorie. Se crede că electroweak și forțele puternice au acționat ca unul în primele momente incredibil de fierbinți ale universului. Găsirea dovezilor acestei „mari teorii unificate” ar necesita recrearea acelor condiții extrem de energetice, o sarcină în prezent dincolo chiar și de Large Hadron Collider al CERN, cel mai muscular distrugător de particule pe care îl avem.între timp, QCD rămâne o forță fiendishly dificil de a face calcule cu doar pe cont propriu., Nenumăratele interacțiuni de forță puternică dintre quarci și gluoni din particule precum protoni și neutroni pot fi tratate numai prin aproximări, într-o tehnică cunoscută sub numele de lattice QCD. Acesta este un motiv pentru care unele fapte destul de elementare de forță puternică, cum ar fi cât de mare este un proton, rămân foarte disputate.