深层解读强力和弱力，统治微观世界的神秘力量！

弱力和强力是产生在微观领域的相互作用，作用效果在微观层面才能观察到。两者都属于短程力，属亚原子粒子间的相互作用。

弱力

弱力是4种基本力中第三强的力，比电磁力要弱很多，强度约相当于电磁力的十亿分之一。弱力的作用距离比强力短，作用范围大约在10^-18米之内，是4种基本力中作用距离最短的力。

（四种基本力的强度及其作用范围）

弱力只作用于夸克、电子、中微子等费米子，而对光子、胶子等玻色子不起作用。根据量子场论的解释，费米子之间依靠交换W+、W-、Z三种玻色子来进行弱相互作用的传递。

那费米子与玻色子是什么？

简单来说，费米子为服从费米-狄拉克统计、自旋（在量子力学中，粒子的自旋是由粒子的内禀角动量引起的内禀运动，这与经典力学中的自转概念并不一样，大家了解一下就行了）为半奇数的一类粒子（例如夸克和电子的自旋都为1/2），它们遵守泡利不相容原理（即不能有两个以上的粒子出现在相同的量子态中）；玻色子为服从玻色-爱因斯坦统计、自旋为整数的一类粒子（例如光子、胶子的自旋为1），虽不遵守泡利不相容原理，但在超低温状态时可发生玻色-爱因斯坦凝聚。自然界中的一切都是由费米子构建起来的，而玻色子则只负责传递相互作用。

（基本粒子中的费米子与玻色子）

弱力与原子的衰变有关。大家也许知道，自然界中存在许多放射性元素，比如铀。像铀这种不稳定的重元素，其原子核会自发的发生放射性衰变，不稳定的重元素会转变为稳定的轻元素。

（铀的衰变过程）

什么是元素的放射性衰变？

放射性衰变是不稳定原子核自发地放出射线或粒子而转变为另一种原子核的过程，整个过程中原子核会逐渐变小，主要包括α衰变（从原子核射出α粒子）、β衰变（从原子核射出正电子或负电子）和γ衰变（从原子核辐射出伽马射线）等形式。一些元素的原子核会连续发生多次哀变，直至产生稳定原子核。放射性同位素的半衰期长短差异极大，短的不到一秒，长的可达上亿年。半衰期愈短的同位素，放射性也就愈强。

强力

强力是强子之间相互作用的一种力，后来科学家发现强子由更基础的夸克组成。强力不仅名字上有个“强”，其本身的作用强度也是4种基本力中最强的，大约是电磁力的137倍。强力的作用范围大约在10^-15米。

强力的产生与电磁力有点类似，带有电荷的粒子存在电磁力，而夸克带有色荷，强力就是带有色荷的夸克之间所具有的相互作用，色禁闭现象也正是产生于此。强力通过交换胶子（胶子也具有色荷）而传递相互作用。在低能量状态下，介子（介子也是强子）也充当着强力的媒介粒子。

（胶子在夸克间传递强力）

与弱力相似，强力也会引起粒子衰变（粒子衰变是一个基本粒子转变为其它基本粒子的自发过程，与放射性衰变不同）。强衰变粒子的平均寿命极短，在10^-20～10^-24秒左右，这类粒子我们将其称之为共振态粒子，它们也是由夸克构成的。通过粒子碰撞试验，科学家们发现了许多共振态粒子。

（中子衰变为质子的费曼图）

上过初中的都知道，原子核中的质子带一个单位正电荷，同性相斥的道理大家也都懂，质子和中子正是在强力的作用下克服库仑斥力而强行粘合在一起的，核反应与核能都与强相互作用息息相关。

总结

好了，有关4种基本力的介绍就到此为止。科学家们一直希望能够建立大统一理论，在统一的框架下，描述这4种基本力。麦克斯韦统一了电力与磁力，更进一步，电磁力和弱力也得到了统一，并且电弱统一理论得到了非常严格的实验检验。目前强力还没有很好的融入，引力更是一块难啃的骨头。