自然的基本力是透過場和粒子之間的相互作用來描述的物體之間的吸引力或排斥力。
物理學已經確定了這些相互作用的四種基本類型,它們共同描述了我們在宇宙中看到的每一個動作,從原子粒子的衰變到整個星系的漂移。
什麼是強核力?
強核力將原子核結合在一起。
構成原子核的質子和中子本身是由三個稱為夸克的更簡單粒子組成的。 稱為膠子的粒子作用於稱為夸克的特性顏色,產生力的拉力。
與其他三種基本力不同,膠子需要移動的距離越遠,核力就越強。 在質子和中子的尺度上,這種類似彈簧的效應使得將夸克拉開變得異常困難。 這有助於解釋為什麼強大的力量如此強大。
在原子的整個原子核的尺度上,該力也將整個質子和中子彼此結合。 由於電磁力,質子也會互相推開,使原子核達到微妙的平衡。
什麼是電磁學?
電磁力是粒子之間的吸引力和排斥力,具有稱為收費,有兩種類型 - 正的和負的。 帶相同電荷的物體會互相排斥,而不同電荷的物體會互相吸引。
這是我們日常生活中最明顯的力量。 由於帶負電的電子和帶正電的質子的相互作用,它允許單個原子組合成不同的材料。 這種力量也透過電磁場由一種稱為光子的粒子傳遞,由於我們眼睛中的化學變化,我們的身體將其感知為光。
什麼是弱核力?
在所有基本力中,弱核力是最難掌握的。 它描述了構成核粒子的夸克如何從一種形式轉變為另一種形式。 力由稱為 W 和 Z 的粒子承載玻色子。
弱力作用的距離極短,等於約0.1%質子的直徑。 當一個粒子如中微子靠近夸克時,弱力會透過發出 W 來導致夸克發生變化玻色子。 這可以將中子轉變為質子(在此過程中產生全新元素),並將中微子轉變為電子。
什麼是重力?
重力是質量之間的吸引力,根據廣義相對論發生是由於能量作用於時空場的結果。 雖然理論表明它可能有一種稱為引力子的中介粒子,但實驗尚未支持它的存在。
雖然引力可能看起來是一種強大的力量,負責將整個星系聚集在一起並從恆星中擠出真正的日光,但它比弱核力弱約 10^29 倍。 這意味著它對微小粒子的尺度幾乎沒有可觀察到的影響,只有在更宇宙的層面上才變得相關。
是否存在四種以上的基本力?
雖然標準型號物理學只描述了四種力載體及其影響,幾乎沒有什麼可以阻止更多的力假設存在於替代模型中。
潛在新粒子的一瞥近年來在高能實驗中捕捉了具有未知力載體特徵的特徵。微妙的影響這種力的大小可以在亞原子粒子在某些衰變過程中發射時所採取的方向上看到。 它們的存在甚至可以解釋暗物質。
目前,任何額外的力量都具有高度的推測性。 未來的實驗可能會排除它們,或者——只是也許——找到新的物理學,表明宇宙中存在四種以上的力。
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