Vật lý lực mạnh

Lực mạnh, một tương tác cơ bản của tự nhiên tác động giữa các hạt hạ nguyên tử của vật chất. Lực mạnh liên kết các quark lại với nhau thành các cụm để tạo ra các hạt hạ nguyên tử quen thuộc hơn, như proton và neutron. Nó cũng giữ các hạt nhân nguyên tử và cơ sở tương tác giữa tất cả các hạt chứa quark.

hạt hạ nguyên tử: Lực mạnh

Mặc dù lực mạnh được đặt tên khéo léo là mạnh nhất trong tất cả các tương tác cơ bản, nhưng cũng giống như lực yếu, có tầm ngắn và

Các lực mạnh bắt nguồn từ một tài sản được gọi là màu sắc. Tính chất này, không có mối liên hệ với màu sắc theo nghĩa trực quan của từ này, có phần giống với điện tích. Giống như điện tích là nguồn của lực điện từ, hay lực điện từ, vì vậy màu sắc là nguồn của lực mạnh. Các hạt không có màu, chẳng hạn như electron và các lepton khác, không cảm nhận được lực mạnh; các hạt có màu, chủ yếu là các hạt quark, làm cảm thấy lực lượng mạnh. Sắc ký lượng tử, lý thuyết trường lượng tử mô tả các tương tác mạnh, lấy tên từ tính chất trung tâm của màu sắc này.

Proton và neutron là ví dụ của baryon, một lớp các hạt chứa ba quark, mỗi hạt có một trong ba giá trị có thể có của màu (đỏ, xanh lam và xanh lục). Quark cũng có thể kết hợp với phản vật chất (phản hạt của chúng, có màu đối lập) để tạo thành meson, chẳng hạn như meson pi và meson K. Baryon và meson đều có màu ròng bằng 0 và dường như lực mạnh chỉ cho phép kết hợp với màu không tồn tại. Chẳng hạn, những nỗ lực để loại bỏ các hạt quark riêng lẻ, trong các vụ va chạm hạt năng lượng cao, chỉ tạo ra các hạt không màu mới, chủ yếu là meson.

Trong các tương tác mạnh, các quark trao đổi gluon, các chất mang của lực mạnh. Các gluon, giống như photon (các hạt truyền tin của lực điện từ), là các hạt không khối lượng với toàn bộ đơn vị spin nội tại. Tuy nhiên, không giống như các photon, không tích điện và do đó không cảm thấy lực điện từ, gluon mang màu sắc, có nghĩa là chúng cảm thấy lực mạnh và có thể tự tương tác với nhau. Một kết quả của sự khác biệt này là, trong phạm vi ngắn của nó (khoảng 10 ⁻¹⁵ mét, gần bằng đường kính của một proton hoặc neutron), lực mạnh dường như trở nên mạnh hơn với khoảng cách, không giống như các lực khác.

Khi khoảng cách giữa hai quark tăng lên, lực giữa chúng tăng lên thay vì lực căng trong một phần đàn hồi khi hai đầu của nó bị kéo ra xa nhau. Cuối cùng, dây thun sẽ bị đứt, thu được hai mảnh. Một cái gì đó tương tự xảy ra với các quark, vì với năng lượng đủ, nó không phải là một quark mà là một cặp quark-antiquark được kéo ra từ một cụm. Do đó, các quark dường như luôn bị khóa bên trong các meson và baryon có thể quan sát được, một hiện tượng được gọi là giam cầm. Ở khoảng cách tương đương với đường kính của một proton, tương tác mạnh giữa các quark lớn hơn khoảng 100 lần so với tương tác điện từ. Tuy nhiên, ở khoảng cách nhỏ hơn, lực mạnh giữa các quark trở nên yếu hơn và các quark bắt đầu hành xử giống như các hạt độc lập, một hiệu ứng được gọi là tự do tiệm cận.