微觀到結合夸克構成質子的「強核力」 它非常有意思

2021-01-16 科技觀察猿

據國外媒體報導,引力、電磁力、弱核力、強核力----四種已知自然力都有屬於自己的獨特位置,每一種力都在我們的生活中掌管著一片小天地。雖然地球上是引力、光的電磁力在日常生活中發揮主要作用,但兩種核力也扮演了關鍵角色——只不過作用尺度非常、非常小而已。

質子由三個夸克構成。每個夸克都有自己的「色荷」。

有多小呢?想像你的身體膨脹到了整個太陽系那麼大,你的雙手在奧爾特雲中搖擺,八大行星則飄在你的肚臍上方。你的身體太過龐大,電信號要花上幾周、甚至數月時間,才能穿過你的整個神經系統。你的動作也慢得不可思議。這個極小的尺度單位名叫「費米」,相當於10^-15米。而這就是原子核的尺度。

質子內部

從我們的視角來看,很容易把質子想成一個單獨的粒子,外面有一層由正電荷和質量構成的外殼,能像撞球一樣彈來撞去。但事實上,質子由三個更小的粒子構成,而這三個粒子有一個有趣的名字:夸克。自然界中一共有六種夸克,但就質子而言,我們只需要關注其中兩種,分別叫上夸克和下夸克。

不一樣的「色彩」

上世紀五六十年代,物理學家開始意識到,質子並不是最基本的粒子,它還可以分解成更小的部分,所以他們開展了大量實驗,並提出了多種理論。結果,他們先是發現了夸克的存在,然後又遇到了上述難題。

肯定有某種東西將這三個夸克結合在了一起,並且它的力量非常、非常強大,是一種全新的自然力。

每一種力都有一個對應的連接點,就像一隻鉤子一樣。這能幫你判斷這種力對你造成了多大的影響。最終,物理學家選定了「色荷」(color)這個詞。

你的色荷可以是紅色、綠色、或藍色。要形成一個像質子那樣的粒子,所有夸克的色荷加在一起必須為白色。因此,如果一個夸克是紅色,另一個是綠色,最後一個就必定是藍色。有了色荷這種新性質,質子內部的夸克就可以同時處於同一種狀態了。因為有了色荷,兩個夸克就不算完全相同,畢竟它們各自的色荷不一樣。而我們永遠也無從得知這個夸克的「顏色」。真是遺憾。

你覺得物理世界有趣嗎?

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