พลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งอย่างที่คุณคาดเดาได้ก็คือพลังที่แข็งแกร่งมากอย่างแน่นอน มันทรงพลังมากที่สามารถดึงอนุภาคที่เล็กที่สุดบางส่วนในจักรวาลมารวมกันเป็นเวลานานอาจเป็นได้ตลอดไป อนุภาคที่ถูกพันธะด้วยแรงจะก่อตัวเป็นตึกของโลกทุกวันของเรานั่นคือโปรตอนและนิวตรอน แต่ถ้าคุณต้องตัดเปิดโปรตอนหรือนิวตรอนคุณจะไม่พบการจัดเรียงของอนุภาคย่อยแบบง่าย ๆ แต่คุณจะเห็นอวัยวะภายในที่น่าขยะแขยงซึ่งอาจเป็นหนึ่งในกองกำลังที่ซับซ้อนที่สุดในจักรวาล
โปรตอนและนิวตรอนไม่ได้เป็นเพียงสิ่งเดียวที่พลังอันแข็งแกร่งสามารถทำได้ แต่เราไม่เข้าใจการจัดการที่ซับซ้อนและแปลกใหม่อื่น ๆ ยิ่งไปกว่านั้นการสังเกตการณ์และการทดลองของเราก็เป็นตัวย่อมาก แต่นักฟิสิกส์กำลังพยายามอย่างหนักที่จะรวบรวมข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพลังพื้นฐานของธรรมชาตินี้
แข็งแกร่งและซับซ้อน
เพื่ออธิบายถึงแรงอันแข็งแกร่งควรเปรียบเทียบกับลูกพี่ลูกน้องที่มีชื่อเสียงมากกว่านั่นคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสิ่งที่ง่ายและตรงไปตรงมา; มากนักวิทยาศาสตร์ในปี 1900 สามารถที่จะคิดออกเป็นส่วนใหญ่ ด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอนุภาคใด ๆ สามารถเข้าร่วมปาร์ตี้ได้ตราบใดที่มันมีคุณสมบัติที่เรียกว่าประจุไฟฟ้า หากคุณมีประจุนี้คุณจะรู้สึกและตอบสนองต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้า และอนุภาคทุกประเภทของแถบและรสชาติทั้งหมดมีประจุไฟฟ้าเช่นอิเลคตรอนที่หลากหลายในสวนของคุณ
อีกอนุภาคหนึ่งคืออนุภาคแสง (หรือเรียกอีกอย่างว่าโฟตอน) ทำหน้าที่ส่งกำลังแม่เหล็กไฟฟ้าจากอนุภาคที่มีประจุหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง โฟตอนนั้นไม่มีประจุไฟฟ้าและไม่มีมวล มันเดินทางด้วยความเร็วของแสงสะบัดไปมาทั่วจักรวาลทำให้แม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้น
ค่าไฟฟ้า ผู้ให้บริการเดียวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ง่ายตรงไปตรงมา
ในทางตรงกันข้ามมีหกอนุภาคที่อยู่ภายใต้แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง ในฐานะที่เป็นกลุ่มพวกเขาเป็นที่รู้จักในฐานะควาร์กและมีชื่อแปลก ๆ อย่างมากเช่นขึ้น, ลง, บน, ล่าง, แปลกและมีเสน่ห์ หากต้องการความรู้สึกและตอบสนองต่อพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งควาร์กเหล่านี้มีหน้าที่เป็นของตัวเอง มันไม่ใช่ประจุไฟฟ้า (แม้ว่าพวกมันจะมีประจุไฟฟ้าและยังรู้สึกถึงแรงแม่เหล็กไฟฟ้า) แต่ด้วยเหตุผลหลายประการที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ เกิดความสับสนจริง ๆ นักฟิสิกส์เรียกสิ่งนี้ว่าประจุพิเศษที่เกี่ยวข้องกับแรงนิวเคลียร์สีเข้ม
ควาร์กสามารถมีหนึ่งในสามสีที่เรียกว่าสีแดงสีเขียวและสีน้ำเงิน เพื่ออธิบายให้ชัดเจนพวกเขาไม่ใช่สีจริง แต่เป็นเพียงป้ายกำกับที่เรามอบให้กับสถานที่ซึ่งมีลักษณะแปลก ๆ เหมือนการชาร์จ
ดังนั้นควาร์กจึงรู้สึกถึงแรงที่แข็งแกร่ง แต่มันถูกนำไปใช้โดยอนุภาคอื่น ๆ ที่ถูกสังหารทั้งแปดอย่างอย่างแม่นยำ พวกมันถูกเรียกว่ากลูออนและพวกเขาก็ทำผลงานได้ยอดเยี่ยมอย่างมาก ... รอให้มัน ... จ้องมองควาร์กด้วยกัน กลูออนยังมีความสามารถและความปรารถนาที่จะพกพาสีประจุของตัวเอง และพวกเขามีมวล
หกควาร์กแปดกลูออน ควาร์กสามารถเปลี่ยนสีของประจุได้และกลูออนก็สามารถทำได้เช่นกันเพราะเหตุใด
ทั้งหมดนี้หมายความว่าพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งนั้นซับซ้อนและซับซ้อนกว่าลูกพี่ลูกน้องของมัน
แข็งแรงแปลก ๆ
ตกลงฉันโกหก นักฟิสิกส์ไม่เพียง แต่เรียกคุณสมบัติของควาร์กและกลูออนว่า "ค่าสี" เพราะพวกเขารู้สึกว่ามัน แต่เพราะมันทำหน้าที่เสมือนการเปรียบเทียบที่มีประโยชน์ กลูออนและควาร์กสามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างอนุภาคขนาดใหญ่ตราบเท่าที่ทุกสีรวมกันเป็นสีขาวเช่นเดียวกับแสงสีแดงสีฟ้าและสีเขียวรวมกันเป็นแสงสีขาว ... การรวมกันที่พบบ่อยที่สุดคือสามควาร์ก และสีน้ำเงิน แต่การอุปมาอุปมัยเล็กน้อยที่นี่เพราะควาร์กแต่ละคนสามารถมีสีใด ๆ ที่ได้รับมอบหมายในเวลาใดก็ได้ สิ่งที่สำคัญคือจำนวนควาร์กเพื่อให้ได้ชุดค่าผสมที่เหมาะสม ดังนั้นคุณสามารถมีกลุ่มสามควาร์กเพื่อสร้างโปรตอนและนิวตรอนที่คุ้นเคย นอกจากนี้คุณยังสามารถมี quark ผูกกับ anti-quark ที่สียกเลิกด้วยตัวเอง (ในคู่สีเขียวกับ anti-green และไม่ฉันไม่เพียงแค่ทำสิ่งนี้ตามที่ฉันไป) เพื่อให้ ชนิดของอนุภาคที่เรียกว่าอนุภาคทางฟิสิกส์
แต่มันไม่จบแค่นั้น
ในทางทฤษฎีการรวมกันของควาร์กและกลูออนที่รวมกันเป็นสีขาวนั้นเป็นเทคนิคที่อนุญาตในธรรมชาติ
ตัวอย่างเช่นมีซอนสองอันแต่ละอันมีควาร์กสองตัวอยู่ภายในอาจรวมตัวกันเป็นสิ่งที่เรียกว่าเตตร้าควอร์ก และในบางกรณีคุณสามารถเพิ่ม quark ที่ห้าลงในส่วนผสมได้โดยยังคงสมดุลสีทั้งหมดที่เรียกว่า pentaquark
tetraquark ไม่จำเป็นต้องถูกผูกมัดทางเทคนิคด้วยกันในอนุภาคเดียว พวกมันสามารถอยู่ใกล้ ๆ กันได้ทำให้สิ่งที่เรียกว่าโมเลกุลไฮโดรนิก
และนี่มันบ้าขนาดไหน: กลูออนเองอาจไม่จำเป็นต้องมีควาร์กเพื่อสร้างอนุภาค อาจมีลูกกลูออนแขวนอยู่ค่อนข้างคงที่ในจักรวาล พวกเขาเรียกว่ากาวบอล ช่วงของขอบเขตรัฐที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่กองทัพนิวเคลียร์แข็งแรงเรียกว่าคลื่น quarkonium และไม่ใช่ชื่อของนักเขียนรายการทีวี Sci-Fi มีการผสมผสานของควาร์กและกลูออนที่อาจเกิดขึ้นได้ทุกประเภท
พวกเขาทำเช่นนั้น?
Quark Rainbow
อาจจะ.
นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองพลังนิวเคลียร์มาหลายสิบปีแล้วเช่น Baber Experiment และ Large Hadron Collider อย่างช้าๆในช่วงหลายปีที่ผ่านมาสร้างระดับพลังงานที่สูงขึ้นเพื่อสำรวจลึกลงไปในสเปกตรัม quarkonium (และใช่ คุณได้รับอนุญาตจากฉันให้ใช้วลีนั้นในประโยคหรือการสนทนาทั่วไปที่คุณต้องการมันยอดเยี่ยมมาก) ในการทดลองเหล่านี้นักฟิสิกส์ได้ค้นพบควาร์กและกลูออนที่แปลกใหม่มากมาย ผู้ทดสอบได้ตั้งชื่อขี้ขลาดเช่นχc2 (3930)
อนุภาคที่มีศักยภาพแปลกใหม่เหล่านี้มีอยู่เพียงชั่วครู่เท่านั้น แต่นักฟิสิกส์มีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการเชื่อมต่ออนุภาคที่สร้างขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ เหล่านี้กับทฤษฎีที่เราสงสัยว่าควรมีอยู่เช่น tetraquarks และกาวบอล
ปัญหาในการเชื่อมต่อคือคณิตศาสตร์ยากมาก ต่างจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามันยากมากที่จะทำการคาดการณ์ที่มั่นคงเกี่ยวกับแรงนิวเคลียร์ ไม่ใช่เพียงเพราะการโต้ตอบที่ซับซ้อนระหว่างควาร์กและกลูออน ที่พลังงานสูงมากความแข็งแกร่งของพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งจริง ๆ แล้วเริ่มอ่อนลงทำให้คณิตศาสตร์ง่ายขึ้น แต่พลังงานที่ต่ำกว่าเช่นพลังงานที่จำเป็นในการรวมควาร์กและกลูออนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอนุภาคที่มีความเสถียรพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งจริง ๆ แล้วแข็งแกร่งมาก ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้การคำนวณยากขึ้น
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้สร้างเทคนิคขึ้นมาหลายอย่างเพื่อจัดการกับปัญหานี้ แต่เทคนิคของพวกเขาเองนั้นไม่สมบูรณ์หรือไร้ประสิทธิภาพ ในขณะที่เรารู้ว่าบางรัฐที่แปลกใหม่เหล่านี้ในสเปกตรัม quarkonium มีอยู่มันยากมากที่จะทำนายคุณสมบัติและลายเซ็นการทดลองของพวกเขา
ถึงกระนั้นนักฟิสิกส์ก็ทำงานหนักอย่างที่เคยทำ อย่างช้าๆเมื่อเวลาผ่านไปเรากำลังสร้างคอลเลกชันของเราของอนุภาคแปลกใหม่ที่ผลิตใน colliders และทำการทำนายที่ดีขึ้นและดีขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่รัฐ quarkonium ทางทฤษฎีควรมีลักษณะ ไม้ขีดไฟจะมารวมกันอย่างช้าๆทำให้เราเห็นภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของพลังแปลก ๆ แต่พื้นฐานในจักรวาล
Paul M. Sutter เป็นนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอโฮสต์ของ ถามนักบินอวกาศ และ วิทยุอวกาศและผู้เขียนของ สถานที่ของคุณในจักรวาล.
