
強力或強核力量是四個基本力量自然,以及重力,,,,電磁學和弱力。顧名思義,強力是最強四個力量。它結合物質的基本粒子,稱為夸克,形成較大的顆粒。
但是在2023年8月,一個新的發現被稱為強大的力量。通過用氟原子束粉碎氧同位素,物理學家最終產生了氧氣-28,這是一種長期預測的氧氣形式。唯一的問題是不是。氧-28在Zeptsond中腐爛,或一千萬秒的一萬分之一。這使物理學家感到困惑,並且標準模型(顆粒應如何表現的五十年曆史的理論)持懷疑態度。
標準模型中的強力
粒子物理的統治理論是標準型號,其中描述了物質的基本構建基塊及其相互作用。該理論是在1970年代初期開發的,隨著時間的流逝,通過許多實驗,已成為經過良好測試的物理理論的建立庫恩,歐洲核研究組織。
在標準模型下,最小,最基本的模型之一基本顆粒,或者那些不能分為較小的部分,是夸克。這些顆粒是一類稱為HADRON的大型顆粒的組成部分,其中包括質子和中子。科學家還沒有看到任何跡象表明有比夸克小的東西,但他們仍在尋找。
首先提出強力來解釋為什麼原子核不會飛行。似乎他們這樣做是由於位於核中的正電荷質子之間的排斥電磁力。物理學家後來發現,強力不僅將核固定在一起,而且還負責結合組成哈子的夸克。
“強大的互動在……將哈子凝聚在一起很重要”,”四部隊,“來自杜克大學的物理學課程材料”。基本的強相互作用將強子的組成夸克保持在一起,殘留力彼此相互固定,例如核中的質子和中子。 ”
夸克和哈德子
夸克(Quarks)於1964年由物理學家穆雷·蓋爾·曼(Murray Gell-Mann)和喬治·澤維格(George Zweig)獨立地進行了理論,物理學家於1968年首先在斯坦福大學線性加速器國家實驗室觀察了顆粒。諾貝爾基金會,蓋爾·曼(Gell-Mann)選擇了這個名字,據說這是詹姆斯·喬伊斯(James Joyce)的小說《芬尼根醒來》(Finnegans Wake)中的一首詩:
“三個夸克召集了馬克!確保他沒有太多的樹皮,並且確保他在標記旁邊都有。“
“在50年代和60年代進行粒子加速器的實驗表明,質子和中子只是現在稱為Hadron的大型顆粒家族的代表。迄今為止,迄今為止被發現了100多個[現在超過200個Hadrons',有時被稱為'Hadronic Zoo',據迄今為止被檢測到。顆粒和核:物理概念的介紹”(Springer,2008年)。
科學家詳細介紹了夸克構成這些強子顆粒的方式。莉娜·漢森(Lena Hansen)寫道:“有兩種類型的哈德子:重子和介子。”顏色力,“杜克大學在線發表的一篇論文。”每個重子都由三個夸克組成,每個介子都是用夸克和古夸克製成的,”反物質具有相反電荷的夸克的對應物。重子是包含質子和中子的顆粒類。介子是在大粒子加速器中產生的短壽命顆粒,並與高能量相互作用宇宙射線。
夸克風味和顏色
夸克有六種物理學家稱為“風味”的品種。根據質量的增加,它們被稱為上,向下,奇怪,魅力,底部和頂部。上下夸克穩定,構成質子和中子,現場科學先前報導。例如,質子由兩個上的夸克和一個下夸克組成,並表示為(uud)。
另一種更大的口味僅是在高能相互作用中產生的,並且非常迅速地腐爛。它們通常在介子中觀察到,其中可能包含不同的口味組合,例如夸克 - 易夸克對。其中的最後一個是頂級夸克,於1973年由Makoto Kobayashi和Toshihide Maskawa理論上,但直到1995年才在Fermi National Accelerator Laboratory(Fermilab)進行的加速器實驗中觀察到。 Kobayashi和Maskawa被授予2008諾貝爾物理獎為了他們的預測。
夸克有另一個屬性,也有六種表現形式。該屬性被標記為“顏色”,但不應將其與對顏色的共同理解相混淆。六種表現形式稱為紅色,藍色,綠色,抗藍色,抗藍色和抗牙。抗顏色適當地屬於古怪。漢森說,顏色屬性解釋了夸克如何遵守保利的排除原則,該原則沒有兩個相同的物體可以佔據相同的量子狀態。也就是說,組成相同強子的夸克必須具有不同的顏色。因此,Baryon中的所有三個夸克均具有不同的顏色,並且介子必須包含彩色夸克和相應的抗彩色的古怪。
脾氣和強力
物質的顆粒通過互相交換攜帶力的顆粒(稱為玻色子)來傳遞能量。強力由一種稱為“ gluon”的玻色子攜帶,之所以命名,是因為這些顆粒充當將核及其組成的重子載在一起的“膠”。在兩個夸克之間的吸引力中,發生了一個奇怪的事情:強力不會像電磁力那樣隨著兩個粒子之間的距離而減小。實際上,它增加了,類似於機械彈簧的拉伸。
與機械彈簧一樣,兩個夸克可以彼此分離的距離有一個限制,這大約是質子的直徑。當達到此極限時,實現分離所需的巨大能量突然以夸克 - 易夸克對的形式轉化為質量。這種能量對質量的轉換是根據愛因斯坦著名的方程式e=MC2-或在這種情況下,m=E/c2-在哪裡e是能量,m是質量,而且c是光速。因為每次我們嘗試將夸克分開時,都沒有觀察到這種轉換,因此沒有觀察到自由夸克,物理學家也不認為它們是單個粒子的存在。在他的書中強度,弱和電磁相互作用的尺度理論:第二版“(普林斯頓大學出版社,2013年),費米拉布國家的克里斯·奎格(Chris Quigg),“對自由夸克的明確觀察將是革命性的。 ”
殘留強力
當三個夸克在質子或中子中結合在一起時,膠子產生的強力大部分被中和,因為幾乎所有的都用於將夸克結合在一起。結果,力主要限制在粒子內。但是,一小部分力確實在質子或中子之外起作用。力的這一小部分可以運行之間質子和中子,統稱為核子。
根據康斯坦丁斯G. Vayenas和Stamatios N.-A的說法他們的書中的souentie”重力,特殊相對論和強力" (Springer, 2012), "it became evident that the force between nucleons is the result, or side effect, of a stronger and more fundamental force which binds together quarks in protons and neutrons." This "side effect" is called the "residual strong force" or the "nuclear force," and it is what holds atomic nuclei together in spite of the repulsive electromagnetic force between the positively charged protons that acts to push them除外。
但是,與強力不同,殘留的強力在短距離內迅速下降,並且僅在核內的相鄰顆粒之間才有意義。然而,排斥電磁力的下降速度較慢,因此它在整個核中起作用。因此,在沉重的核中,尤其是原子數大於82的核中(鉛),而粒子上的核力保持幾乎恆定,該粒子上的總電磁力會隨原子數增加,以至於最終可以將細胞核分開。勞倫斯·伯克利國家實驗室(Lawrence-Berkeley National Laboratory's)表示:“裂變可以看作是強大的有吸引力的核力量和排斥靜電力之間的'拖船'ABC的核科學。 “在裂變反應中,靜電排斥獲勝。”
殘留強力鍵斷裂釋放的能量採用高速顆粒的形式,伽馬射線,產生我們所謂的放射性。與附近核衰減的顆粒發生衝突會導致該過程,從而導致核鏈反應。重核的裂變能量,例如鈾235和Plutonium-239,是核反應堆和核反應器的動力原子彈。
標準模型的局限性
除了所有已知和預測的亞原子顆粒外,標準模型還包括強力和弱力和電磁劑,並解釋了這些力如何作用於物質顆粒上。但是,該理論不包括重力。將重力擬合到模型的框架中已經使科學家們陷入困境已有數十年了。但是,根據CERN的說法,根據這些顆粒的規模,重力的效果很小,儘管排除了基本力,但該模型效果很好。
標準模型還預測同位素氧28應該是穩定的。由於費米子,質子和中子不能彼此重疊。它們,它們將原子核內的離散殼堆放在離散的殼中。
當這些殼填充時,原子會變得非常穩定或“魔術”,而無需腐爛成更穩定的形式。然而,氧28在最小一秒鐘的最小部分中衰減了令人難以置信的速度。
這對我們對亞原子力的理解意味著什麼尚不清楚,但它可能表明,更深的,未知的物理學決定了怪異同位素的行為。因為強大的力量是將原子融合在一起的原因,並且在這些短時間內統治了他們的行動,所以新發現引起了質疑。
其他資源
Cern創建了一個豐富的網站,描述了我們為了解強力的所有復雜性,你可以在這裡看到。您也可以在網絡上或通過應用程序來查看交互式演示粒子冒險。如果您心情更多,查看此播客劇集挖掘強力。
參考書目
君士坦丁,G。等。重力,特殊相對論和強力(Springer Science&Business Media,2012年)
Quigg,C。衡量強,弱和電磁相互作用的理論(普林斯頓大學出版社,2013年)
Povh,B。等。顆粒和核:物理概念的介紹(Springer Science&Business Media,2008年)
Thacker,T。 (1995年1月29日)四部隊 https://webhome.phy.duke.edu/~kolena/modern/forces.html#005
Hansen,L。 (1997年,2月27日)顏色力 https://webhome.phy.duke.edu/~kolena/modern/modern/hansen.html