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强力物理学

强力物理学
强力物理学
Anonim

强力,自然界的基本相互作用,作用于物质的亚原子粒子之间。强大的力将夸克束缚在一起,形成更熟悉的亚原子粒子,例如质子和中子。它还将原子核保持在一起,并且是所有包含夸克的粒子之间相互作用的基础。

亚原子粒子:强大的力量

尽管恰当命名的强力是所有基本相互作用中最强的,但它与弱力一样是短距离的,

强大的力量源自一种被称为色彩的特性。这种特性在单词的视觉意义上与颜色无关,它有点类似于电荷。正如电荷是电磁力或电磁力的来源一样,颜色是强力的来源。没有颜色的粒子(例如电子和其他轻子)不会“感觉”到强力;反之,带有颜色的颗粒(主要是夸克)可以“感觉”到强力。量子色动力学是描述强相互作用的量子场论,它的名字来源于颜色的这种中心特性。

质子和中子是重子的例子,重子是一类包含三个夸克的粒子,每个夸克具有三种可能的颜色值(红色,蓝色和绿色)。夸克还可以与反夸克(它们的反粒子,具有相反的颜色)结合形成介子,例如pi介子和K介子。重子和介子的净色均为零,似乎强力仅允许存在零色的组合。例如,在高能粒子碰撞中试图消除单个夸克,只会导致产生新的“无色”粒子,主要是介子。

在强相互作用中,夸克交换胶子,即强力的载体。胶子像光子(电磁力的信使粒子)一样,是无质量的粒子,具有完整的固有自旋单元。但是,与不带电且因此不会感受到电磁力的光子不同,胶子带有颜色,这意味着胶子确实感受到了强大的力并且可以在彼此之间相互作用。这种差异的结果是,在短距离内(约10 -15米,大约是质子或中子的直径),强力似乎随着距离的增加而变强,这与其他力不同。

当两个夸克之间的距离增加时,它们之间的作用力就会增加,而不是随着两端被拉开而产生的弹性产生张力。最终,松紧带将断裂,产生两片。夸克也会发生类似的情况,因为有足够的能量,它不是一个夸克而是从簇中“拉出”的一个夸克-反夸克对。因此,夸克似乎总是被锁定在可观察的介子和重子内部,这种现象被称为局限。在与质子直径相当的距离上,夸克之间的强相互作用大约是电磁相互作用的100倍。但是,在较小的距离处,夸克之间的强力变弱,并且夸克开始表现得像独立的粒子一样,这被称为渐近自由度。