Mi teszi az erős erőt olyan különlegessé?

Paul M. Sutter az Ohio Állami Egyetem asztrofizikusa, az Ask A Spaceman és az Űrrádió műsorvezetője, és a helyed az univerzumban című könyv szerzője. Sutter hozzájárult ehhez a cikkhez Space.com szakértői hangok: Op-Ed & Insights.

mind a négy ismert természeti erőnek megvan a maga egyedi helye. Gravitáció, elektromágnesesség, gyenge nukleáris, erős nukleáris: mindegyik életünk egy kis területét irányítja. Míg mindennapi tapasztalatainkat a Föld gravitációja, valamint a fény és a hűtőmágnesek elektromágnesessége uralja, a kettős nukleáris erők is kulcsszerepet játszanak — csak nagyon-nagyon apró léptékben.

mennyire kicsi? Képzelje el, hogy ballonozik, hogy a naprendszer méretévé váljon. A kezed átúszik az Oort felhőn, a bolygók fészkelnek a köldök felett. Olyan nagy vagy, hogy az elektromos jelek hetekig vagy akár hónapokig is eltartanak, hogy az idegrendszeren keresztül utazzanak, még a legegyszerűbb gesztusok is fájdalmasan lassúak.

Ez a különbség a jelenlegi méreted (nagyjából pár méter) és a 10^15 méter között.

kapcsolódó: mi az erős erő?

most futtassa fordítva. Képzeljen el egy olyan kicsi skálát, hogy jelenlegi teste olyan hatalmasnak érzi magát, mint a naprendszer. A skála, ahol a mozgások eke mentén a leglassabb lépést. Ez a hihetetlenül apró skála a femtométer: 10^-15 méter. Ez az atommag mérete.

A protonba

innen fentről csábító a protonra egyetlen részecskeként gondolni. Kemény héj pozitív töltéssel és tömeggel, amely képes ugrálni és kopogni olyan könnyen, mint egy biliárdgolyó. De a valóságban egy proton három kisebb részecskéből áll. Ezeknek a részecskéknek a kvarkok elragadóan furcsa neve van. Összesen hat fajta kvark van a természetben, de a proton alapos vizsgálatához csak kettővel kell törődnünk, a fel és le kvarkokkal.

mint mondtam, a proton kvarkok triplettje: két up kvark és egy down kvark. Ezek a kvarkok csapatként kötődnek össze, és ezt a kötött csapatot nevezzük protonnak.

kivéve, hogy ennek semmi értelme.

a két up kvarknak pontosan ugyanaz az elektromos töltése van (mivel pontosan ugyanolyan részecskék), ezért teljesen utálniuk kell egymást. Hogyan maradnak ilyen szorosan ragasztva?és mi több, a kvantummechanikából tudjuk, hogy két kvark nem oszthatja meg pontosan ugyanazt az állapotot — nem lehet, hogy két azonos fajta így össze legyen kötve. Az a két kvark nem élhetne együtt. És mégis nem csak tolerálják egymást, de úgy tűnik, hogy nagyon élvezik a társaságot!

mi folyik itt?

egy másik szín

Az 1950 — es és 60-as években a fizikusok kezdték felismerni, hogy a proton nem alapvető-kisebb részekre bontható. Szóval csináltak egy csomó kísérletet, és kifejlesztettek egy csomó elméletet, hogy feltörjék azt a bizonyos diót. És azonnal összefutottak a) a kvarkok létezésével és b) a fenti rejtélyes talányokkal.

valami összetartotta ezt a három kvarkot. Valami nagyon, nagyon erőset. A természet új ereje.

az erős erő.

az akkor feltételezett erős erő egyszerű brutális erővel oldotta meg az együtt létező kvarkok problémáit. Nem szeretsz együtt lenni, mert nem osztozhatsz egy államban? Kár, hogy az erős erő úgyis rá fog kényszeríteni, hogy megtedd, és ez majd segít megkerülni ezt a problémát.

és minden erőnek van kapcsolódási pontja. Egy horog. Egy módja annak, hogy elmondja ennek az erőnek, hogy mennyire érinti Önt. Az elektromágneses erő számára ez az elektromos töltés. A gravitáció számára ez a tömeg. Az erős nukleáris erő számára a fizikusoknak új horoggal kellett előállniuk. Egy módja annak, hogy egy kvark csatlakozzon egy másik kvarkhoz ezen az erőn keresztül. A fizikusok pedig a szín szót választották.

Kapcsolódó: A fizikusok most oldottak meg egy 35 éves rejtélyt, amely az atommagok belsejében rejtőzik

így ha Ön vagy egy részecske tudja, hogy van ez az új tulajdonság, az úgynevezett szín, akkor érezni fogja az erős nukleáris erőt. A színe lehet piros, zöld vagy kék (zavarba ejtően van anti-piros, anti-zöld és anti-kék is, mert természetesen az élet nem olyan egyszerű). A protonhoz hasonló részecske felépítéséhez a kvarkok minden színének fehérnek kell lennie. Így az egyik kvark piros, a másik zöld, az utolsó pedig Kék lesz. A szín sajátos hozzárendelése valójában nem számít (és valójában az egyes kvarkok folyamatosan megváltoztatják a színüket), az a fontos, hogy mindegyik fehér legyen, és hogy az erős erő képes elvégezni a munkáját.

Ez az új színtulajdonság az, ami lehetővé teszi a kvarkok számára, hogy megosszanak egy állapotot egy protonon belül. A színnel nincs két kvark pontosan ugyanaz-most különböző színűek.

szupererős

képzeljétek el, hogy fogtok két kis fogót és megragadtok két kvarkot a protonban. Ön dolgozik ki, így képesek legyőzni az erejét az erős nukleáris erő tartja őket össze.

de itt van valami furcsa az erős erőben: nem csökken a távolsággal. Más erők, mint a gravitáció és az elektromágnesesség, igen. De az erős erő ugyanolyan erős marad, mint mindig, függetlenül attól, hogy ezek a kvarkok milyen messze vannak egymástól.

tehát ahogy a kvarkokat rángat, egyre több energiát kell hozzáadnia az elválasztás fenntartásához. Végül annyi energiát adtok hozzá, hogy mivel az energia egyenértékű a tömeggel, új részecskék jelennek meg a kvarkok közötti vákuumban. Új részecskék, mint … más kvarkok.

Ezek az új kvarkok szinte azonnal megtalálják újonnan elválasztott barátaikat, és összekapcsolódnak, minden kemény munkádat és izzadságodat egyetlen energiavillanás alatt eldobják, mielőtt a köztük lévő távolság még észrevehető lenne. Mire azt hiszi, hogy elválasztotta a kvarkokat, már találtak újakat, amelyekhez kötődhetnek. Ezt a hatást kvark bezárásnak nevezik: Az erős erő valójában olyan dang erős, hogy megakadályozza, hogy valaha is látni egy kvark elszigetelten.

kár, hogy soha nem fogjuk látni, mi a színe.

Tudjon meg többet a ” mi teszi az erős erőt olyan erőssé?”az Ask A Spaceman podcaston, amely elérhető az iTunes-on és az interneten a http://www.askaspaceman.comcímen. Köszönet Kayja N. és Ter B. a kérdéseket, hogy vezetett ez a darab! Tegye fel saját kérdését a Twitteren a #AskASpaceman használatával vagy a következő Paul @PaulMattSutter és facebook.com/PaulMattSutter.

• A fizikusok csak egy nagyon furcsa részecskét fedeztek fel, amely egyáltalán nem részecske
• egynél több valóság létezik (a kvantumfizikában)
• miért érdekli a fizikusokat a legerősebb kvark titokzatos furcsasága

Kövess minket a Twitteren @Spacedotcom és a Facebook-on.