欢迎您访问科普小知识本站旨在为大家提供日常生活中常见的科普小知识,以及科普文章!
您现在的位置是:首页  > 科普文章

微观到结合夸克构成质子的“强核力”,它非常有意思

科普小知识2022-10-17 22:50:08
...

微观到结合夸克构成质子的“强核力”,它非常有意思

质子由三个夸克组成。每个夸克都有自己的“颜色电荷”他们被强大的核力量联系在一起。

据国外媒体报道,重力、电磁力、弱核力和强核力——四种已知的自然力都有各自独特的位置,每种力都控制着我们生活中的一个小世界。虽然重力和轻电磁力在地球的日常生活中起着主要作用,但这两种核力量也起着关键作用——只是在非常非常小的范围内。

它有多小?想象你的身体扩大到整个太阳系的大小,你的手在奥尔特云中摇摆,八颗行星漂浮在你的肚脐上。你的身体太大了。电信号需要几周甚至几个月才能通过你的整个神经系统。即使是最简单的手势,动作也极其缓慢。

这是你现在的尺寸(大约一米)和10-15米之间的差异。现在让我们反过来想想。想象一个非常小的尺度,你的身体和太阳系一样大。在这个尺度上,你的动作非常慢。这个微小的单位叫做“毫微微米”,相当于10-15米。这是原子核的大小。

质子内部

从我们的观点来看,很容易把质子想象成一个带有正电荷和质量外壳的单个粒子,它可以像台球一样来回反弹。但事实上,质子是由三个较小的粒子组成的,这三个粒子有一个有趣的名字:夸克。自然界中有六种夸克,但是就质子而言,我们只需要注意其中两种,上夸克和下夸克。

如前所述,质子由三个夸克组成,包括两个上夸克和一个下夸克。这些夸克结合在一起形成一个团队,这个“团队”就是我们所说的质子。

然而,这根本没有意义。

两个上部夸克的电荷完全相同(因为它们属于同一种粒子),应该是互斥的。他们怎么能如此牢固地绑在一起?

此外,我们通过量子力学知道两个夸克不能同时处于相同的状态,所以不可能同时以相同的方式结合两个夸克,也不可能让它们以这种方式共存。然而,不知何故,两个夸克不仅能“忍受”彼此的存在,而且似乎还喜欢彼此的“陪伴”。

到底发生了什么?

不同的“颜色”

在上世纪五六十年代,物理学家开始认识到质子不是最基本的粒子,它们可以分解成更小的部分,因此他们进行了大量的实验并提出了各种理论。结果,他们首先发现了夸克的存在,然后遇到了上述问题。

一定有什么东西把这三个夸克联系在一起,它的力量非常非常强大,是一种全新的自然力。

这就是所谓的强互动。

这个假设的强相互作用力通过简单的蛮力解决了夸克共存的问题。你不能同时处于同一状态,所以你不想待在一起,是吗?没有办法,强大的相互作用力会迫使你们两个待在一起,这样,问题就解决了。

此外,每种力都有相应的连接点,就像钩子一样。这可以帮助你判断这股力量对你有多大影响。对于电磁力,这个连接点是电荷;重力质量;对于强大的核力量,物理学家必须找到相应的“钩子”最后,物理学家选择了“颜色”这个词。

因此,如果你,或者你知道的一个粒子,有这种叫做“发色团”的性质,你可以感觉到强大的核力量。你的颜色可以是红色、绿色或蓝色(也有“反红色”、“反绿色”和“反蓝色”,因为生活绝对不是那么简单)。要形成像质子一样的粒子,所有夸克的颜色电荷必须加起来就是白色。因此,如果一个夸克是红色的,另一个是绿色的,最后一个肯定是蓝色的。颜色电荷的具体分布并不重要(事实上,每个夸克的颜色电荷也在不断变化)。重要的是所有夸克的颜色电荷必须是白色的,这样强大的核力才能起作用。

有了这种新的颜色电荷特性,质子内部的夸克可以同时处于相同的状态。因为颜色电荷,两个夸克并不完全相同,毕竟它们各自的颜色电荷是不同的。

超强度

想象一下,用两个小钳子夹住一个质子中的两个夸克。你有锻炼的习惯,所以你的力量可以比强大的核力量更强。

然而,强核力有一个奇怪的性质:它的强度不会随着距离的增加而降低。其他力也是如此,比如重力和电磁力。然而,强大核力量的强度是一致的。不管夸克相距多远,它们都不会减弱。

因此,如果你想把这些夸克分开,你必须不断增加能量来维持它们的分离。你增加了越来越多的能量,最终积累了足够的能量,新的粒子和夸克诞生在夸克之间的真空中...

这些新夸克会立即找到“小伙伴”并相互结合。花了你半天时间,你出了一身汗。在你最终到达之前,在两个夸克相距多远之前,所有这些都是不充分的。当你认为你最终把两个夸克分开后,他们找到了新的伙伴,建立了新的联系。这种效应被称为“夸克禁闭”。强大的核力量如此强大,以至于我们永远看不到一个孤立的夸克。

我们永远不会知道这个夸克的“颜色”。真遗憾。(树叶)