四大基本力——强力,维系整个宇宙的力量!
粒子物理学家可能看起来像是一群干巴巴的人,但他们很有乐趣。为什么会有“奇异夸克”这样的东西?然而,当涉及到基本的核力量时,它们并不是一团糟:自然界中最强大的力量被简单地称为“强量”,它实际上是把在夸克联系在一起的力量。
要想知道强作用力是什么,我们就必须放大原子,你需要对物理学家所说的基本粒子有一个基本的了解。例如,让我们从一个氦原子开始。氦原子有两个电子绕着由两个中子和两个质子组成的原子核旋转。对于大多数高中化学课来说,这就是微粒的终结点。
但是你可以进一步放大原子:那些质子和中子是一种叫做强子的粒子,它由更小的称为夸克的粒子组成。夸克是我们所知的基本粒子,因为它们不能再分裂了。基本粒子有两种类型,另一种是轻子。夸克和轻子各有六种“形态”,每种都有反物质的版本。(氦原子中的电子是一种轻子的形态,所以我们尽可能放大它们。)令人兴奋的是!如果你仍然不解,看看下面的图表。
跟踪到目前为止?这个难题还有四个部分,我们称之为标准模型,当涉及到粒子物理时,它是所有理论的基础。这些部分是基本力。其中两个可能是大家熟悉的:重力是两个有质量的粒子之间的力,而电磁是两个有电荷的粒子之间的力。另外两个被称为核力量,他们不太熟悉,因为他们只发生在原子尺度上。它们被称为弱力和强力。弱力作用于电子和中微子之间。
强力是将夸克结合在一起形成质子和中子等强子的力量。物理学家首先设想了这种力的存在,以解释为什么一个原子的原子核可以有一个以上带正电荷的质子,并且仍然在一起,如果你曾经玩过磁铁,你知道一个正电荷总是排斥另一个正电荷。最后,他们发现这种强大的力量不仅使质子在原子核中结合在一起,而且还使夸克在质子本身中结合在一起。
强力实际上来自一种叫做玻色子的载体粒子。(你一定记得2012年希格斯玻色子的发现吗?)施加这种强大力量的特殊玻色子被称为“胶子”,因为它把原子核“胶”在一起,物理学家是一群有趣的人。
这就是为什么这股强大的力量如此迷人:不像电磁力,当你把两个带电粒子拉开时,电磁力就会减小(再想想磁铁!)粒子之间的距离越远,强力就越强。它变得如此强大,以至于它限制了两个夸克可以分开的距离。一旦达到这个极限,魔法就发生了:根据爱因斯坦著名的方程e=mc2,它们分离所需的巨大能量转化为质量。没错,宇宙中最强大的力量足以将能量转化为物质,也就是你所知道的构成存在的物质。
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