強い力を特別なものにするのは何ですか？

Paul M.Sutterはオハイオ州立大学の天体物理学者であり、Ask A Spaceman and Space Radioのホストであり、Your Place in The Universeの著者です。 Sutterはこの記事をに貢献しましたSpace.comの専門家の声：Op-Ed&洞察。

自然の4つの既知の力はすべて、独自の場所を持っています。 重力、電磁気、弱い核、強い核：私たちの生活のいくつかの小さなドメインを支配するそれぞれ。 私たちの日常の経験は、地球の重力と光と冷蔵庫の磁石の電磁気によって支配されていますが、双子の核力も非常に小さなスケールで重要な役割を果どのように小さいですか？

太陽系の大きさになるために自分自身を気球を想像してみてください。 あなたの手はオールトの雲自体を泳ぎ、惑星はあなたの腹ボタンの上に巣を作ります。 あなたは非常に大きく、電気信号が神経系を通って旅をするのに数週間または数ヶ月かかるので、最も単純なジェスチャーでさえも痛みを伴うほど遅それはあなたの現在のサイズ（およそ数メートル）と10^15メートルの違いです。

それはあなたの現在のサイズ（およそ数メートル）と10^15メートルの違いです。

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今、それを逆に実行します。

あなたの現在の体が太陽系のように広大に感じるほど小さいスケールを想像してみてください。 あなたの動きがペースの最も遅いで沿ってekeスケール。 この非常に小さなスケールはフェムトメーターです：10^-15メートル。 それは原子核のスケールです。

陽子に

ここから、陽子を単一の粒子と考えるのは魅力的です。 正電荷と質量のハードシェル、バウンスし、ビリヤードボールと同じくらい簡単に周りをノックすることができます。 しかし、実際には、陽子は三つの小さな粒子でできています。 これらの粒子は、クォークの楽しく風変わりな名前を持っています。 自然界には合計6種類のクォークがありますが、陽子を詳しく調べるためには、アップクォークとダウンクォークの2つだけを気にする必要があります。私が言ったように、陽子はクォークの三重項です：二つのアップクォークと一つのダウンクォーク。 これらのクォークはチームとして一緒に結合し、そのバインドされたチームは、私たちが陽子と呼ぶものです。

ただし、それは意味をなさないはずです。

2つのアップクォークはまったく同じ電荷を持っています（それらはまったく同じ種類の粒子なので）ので、お互いを絶対に憎むべきです。

どのように彼らはとてもしっかりと接着されたままですか？さらに、量子力学から、2つのクォークがまったく同じ状態を共有することはできないことがわかります—同じ種類の2つをそのように結合することは これら二つのアップクォークは、そのように一緒に共存することを許可されるべきではありません。 そして、まだ彼らはお互いを容認するだけでなく、本当に会社を楽しむように見えます！

何が起こっているのですか？

1950年代と60年代には、物理学者は陽子が基本的なものではないことを認識し始めました—それは小さな部分に分解することができます。 そこで彼らはたくさんの実験を行い、その特定のナットを割るための理論を開発しました。 そして、彼らはすぐにa）クォークの存在とb）上記の不可解な難問に遭遇しました。

何かがこれらの三つのクォークを一緒に保持していました。 本当に、本当に強い何か。 自然の新しい力。強力な力。

当時仮定されていた強い力は、単純なブルートフォースによって共存するクォークの問題を解決しました。 ああ、あなたは同じ状態を共有することはできませんので、一緒にいるのが好きではありませんか？ まあ、あまりにも悪い、強い力はあなたがとにかくそれを行うようにしようとしている、そしてそれはその問題を回避する方法を提供するつもりです。

そして、すべての力は接続点を持っています。 フックだ あなたがそれによってどのくらい影響を受けているかをその力に伝える方法。 電磁力の場合、それは電荷です。 重力のためにそれは質量です。 強い核力のために、物理学者は新しいフックを考え出す必要がありました。 クォークがその力を介して別のクォークに接続するための方法。 そして、物理学者は言葉の色を選びました。

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したがって、あなたやあなたが知っている粒子が色と呼ばれるこの新 あなたの色は、赤、緑、または青のいずれかにすることができます（もちろん、人生はそれほど単純ではないので、紛らわしいことに、反赤、反緑、反青もあります）。 陽子のような粒子を構築するには、クォークのすべての色が白に追加する必要があります。 したがって、一方のクォークは赤に割り当てられ、他方のクォークは緑に割り当てられ、最後のクォークは青に割り当てられます。 色の特定の割り当ては実際には重要ではありません（そして、実際には、個々のクォークは常に色を変えます）、重要なのは、それらがすべて白に加算され、強い力がその仕事をすることができるということです。

色のこの新しいプロパティは、クォークが陽子内の状態を共有することを可能にするものです。 色では、二つのクォークはまったく同じではありません—彼らは今、異なる色を持っています。

超強さ

二つの小さなペンチを取って、陽子のクォークの二つをつかんで想像してみてください。 あなたがうまくいくので、あなたはそれらを一緒に保持している強力な核力の強さを克服することができます。しかし、ここでは強い力について奇妙なことがあります：それは距離とともに減少しません。

しかし、ここでは強い力について奇妙なことがあります。

力や電磁気のような他の力は、そうです。 しかし、強い力は、それらのクォークがどんなに遠く離れていても、常に同じように強くとどまります。あなたがそれらのクォークを引っ張るように、あなたは分離を維持するために、より多くのエネルギーを追加し続ける必要があります。

あなたは最終的に非常に多くのエネルギーを追加し、エネルギーは質量と同等であり、すべてのことで、新しい粒子がクォークの間の真空中に現れます。 他のクォークのような新しい粒子。

これらの新しいクォークは、ほとんどすぐに彼らの新たに分離された友人を見つけて、一緒にバインドし、それらの間の距離がさらに顕著になる前に、 あなたがクォークを分離したと思う頃には、彼らはすでにバインドする新しいものを見つけました。 この効果はクォーク閉じ込めとして知られています: 強い力は実際には非常に強く、クォークが孤立しているのを見ることができません。それは私たちがその色が何であるかを見ることは決してないだろう残念です。

エピソードを聞いて、より多くを学ぶ”何が強い力をそんなに強くするのですか？”ask A Spaceman podcastでは、iTunesおよびWeb上でhttp://www.askaspaceman.comで利用できます。 この作品につながった質問のためのKayja N.とTer B.に感謝します！ #AskASpacemanを使用してTwitterで自分の質問をするか、Paul@PaulMattSutterに従うことで、自分の質問をしてくださいfacebook.com/PaulMattSutter…..

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