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強い力の物理学

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Anonim

強い力、物質の素粒子間に作用する自然の基本的な相互作用。強い力はクォークをクラスターに束縛し、陽子や中性子などのより身近な亜原子粒子を作ります。また、原子核をまとめて保持し、クォークを含むすべての粒子間の相互作用の根底にあります。

素粒子:強い力

適切に命名された強い力はすべての基本的な相互作用の中で最も強いですが、弱い力と同様に短距離であり、

強い力は色として知られている特性に起因します。この特性は、視覚的には色とは関係がなく、電荷にいくらか類似しています。電荷が電磁気または電磁力の源であるように、色は強い力の源です。電子や他のレプトンなどの色のない粒子は、強い力を「感じません」。色の付いた粒子、主にクォークは強い力を「感じ」ます。強い相互作用を記述する量子場の理論である量子色力学は、この色の中心的な特性からその名前を取っています。

陽子と中性子はバリオンの例です。バリオンは、3つのクォークを含み、それぞれに3つのカラー値(赤、青、緑)の1つが含まれる粒子のクラスです。クォークは、反クォーク(反対色の反粒子)と結合して、パイ中間子やK中間子などの中間子を形成することもあります。バリオンと中間子はすべて正味の色がゼロであり、強い力によって、色がゼロの組み合わせのみが存在できるように思われます。たとえば、高エネルギーの粒子衝突で個々のクォークを打ち消そうとすると、主に中間子である新しい「無色」の粒子が作成されるだけです。

強い相互作用では、クォークは強い力のキャリアであるグルーオンを交換します。光子(電磁力のメッセンジャー粒子)のようなグルオンは、固有のスピンの全体の単位を持つ質量のない粒子です。ただし、帯電していないため電磁力を感じない光子とは異なり、グルーオンは色を帯びています。つまり、強い力を感じて相互作用することができます。この違いの1つの結果は、その短い範囲(約10 -15メートル、おおよそ陽子または中性子の直径)内で、他の力とは異なり、強い力は距離とともに強くなるように見えることです。

2つのクォーク間の距離が大きくなると、2つの端が引き離されて弾性片に張力がかかるのではなく、2つのクォーク間の力が大きくなります。最終的にエラスティックが壊れ、2つのピースが生成されます。クォークでも同様のことが起こります。十分なエネルギーがあれば、それは1つのクォークではなく、クラスターから「引かれる」クォークと反クォークのペアです。したがって、クォークは常に観測可能な中間子とバリオンの中に閉じ込められているように見えます。これは閉じ込めとして知られている現象です。陽子の直径に相当する距離では、クォーク間の強い相互作用は、電磁相互作用よりも約100倍大きくなります。ただし、距離が短くなると、クォーク間の強い力が弱まり、クォークは独立した粒子のように振る舞い始めます。これは漸近的な自由として知られている効果です。