ШТА ЧИНИ СНАЖНУ СИЛУ ТАКО ПОСЕБНОМ?

Send

Протон (предњи план) сачињен је од три кварка од којих сваки има јединствено својство под називом боја. Јака сила их држи чврсто.

(Слика: © Лавренце Беркелеи Натионал Лаборатори)

Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин Питајте свемира и Свемирски радиои аутора Ваше место у универзуму. Суттер је допринео овом чланку Гласови стручњака Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.

Све четири познате силе природе имају своје јединствено место. Гравитација, електромагнетизам, слабо нуклеарно, снажно нуклеарно: Свако управља неким малим доменом нашег живота. Док у нашим свакодневним искуствима доминира гравитација Земље и електромагнетизам светлости и магнети за хладњак, двоструке нуклеарне силе такође играју кључну улогу - управо у врло, врло сићушним размерама.

Како сићушно? Замислите себе како балонима постајете величина Сунчевог система. Руке пливају кроз Оорт Цлоуд саме планете леже изнад вашег пупак. Толико сте велики да електричним сигналима требају седмице или чак месеци да прођу кроз ваш нервни систем, чинећи чак и најједноставније покрете болно спором.

То је разлика између ваше тренутне величине (отприлике неколико метара) и 10 ^ 15 метара.

Сада, покрените је обрнуто. Замислите скалу толико малу да се ваше тренутно тело осећа огромно колико и Сунчев систем. Скала у којој се ваши покрети крећу уз најспорије кораке. Ова невероватно сићушна скала је фемтометар: 10 ^ -15 метара. То је скала атомског језгра.

У протон

Одавде је примамљиво размишљати о протону као о једној честици. Тврда шкољка позитивног набоја и масе, способна да одскочи и лупка около једнако лако као билијарска лопта. Али у стварности, протони се састоје од три мање честице. Ове честице имају дивно чудан назив кваркови. У природи постоји укупно шест врста кваркова, али за наше помно испитивање протона, морамо се бринути само о два од њих, названа горња и доња кваркова.

Као што рекох, протон је триплет кваркова: два кварка и један кварк. Ови кваркови се вежу као тим, а та везана екипа је оно што називамо протоном.

Осим, то не би требало да има смисла.

Два горња кварка имају потпуно исти електрични набој (јер су исте врсте честица), тако да би се требали апсолутно међусобно мрзити. Како остају тако чврсто залепљени?

И шта више, из квантне механике знамо да два кварка не могу делити потпуно исто стање - не можете имати два иста типа повезана заједно. Та два кварка не би требало да заједно постоје заједно. А ипак не само да толеришу једни друге, већ изгледа да заиста уживају у друштву!

Шта се дешава?

Другачија боја

1950-их и 60-их, физичари су почели да схватају да протони нису основни - он се може разбити на мање делове. Направили су гомилу експеримената и развили гомилу теорија да би испуцали тај одређени орах. И одмах су наишли на: а) постојање кваркова и б) загонетне загонетке горе.

Нешто је држало та три кварка заједно. Нешто заиста, стварно јако. Нова снага природе.

Снажна сила.

Тада хипотезизирана јака сила решила је проблеме коегзистирајућих кваркова једноставном грубом силом. Ох, не волите бити заједно јер не можете делити исту државу? Па, превише лоше, снажна сила ће вас натерати да то ионако учините, и обезбедиће вам проблем око тога.

А свака сила има тачку везе. Кука. Начин да тој снази кажете колико сте на њу погођени. За електромагнетску силу то је електрични набој. За гравитацију је то маса. Због јаке нуклеарне силе, физичари су морали да смисле нову куку. Начин да се кварк повеже са другим кварком путем те силе. А физичари су одабрали реч боја.

Дакле, ако ви или честица за коју знате да има то ново својство које се назива боја, тада ћете осетити снажну нуклеарну силу. Ваша боја може бити једна од црвене, зелене или плаве (збуњујуће је и анти-црвена, анти-зелена и анти-плава, јер, наравно, живот није тако једноставан). Да би се створила честица попут протона, све боје кваркова морају се додавати белој. Тако се једном кварку додељује црвени, другом додељеном зеленом, а последњем плавом. Посебно одређивање боје заправо није важно (а у ствари, поједини кваркови стално мењају боју), оно што је важно јесте да се сви додају у белу и да јака сила може урадити свој посао.

Ово ново својство боје је оно што омогућава кварковима да деле стање унутар протона. Са бојом, два кварка нису потпуно иста - сада имају различите боје.

Супер снага

Замислите да узмете два мала клијешта и зграбите два кварка у протону. Ви радите, тако да сте у стању да савладате снагу јаке нуклеарне силе која их држи заједно.

Али ево нешто чудно у вези с јаком снагом: не смањује се даљином. Друге силе, попут гравитације и електромагнетизма, раде. Али јака сила остаје исто толико јака колико и увек, без обзира колико су удаљени од тих кваркова.

Дакле, док се вучете по тим кварковима, стално морате додавати више и више енергије да бисте одржали раздвајање. На крају додате толико енергије да, енергије једнаке маси и све то, нове честице се појављују у вакууму између кваркова. Нове честице попут ... других кваркова.

Ови нови кваркови скоро одмах проналазе своје ново раздвојене пријатеље и вежу се заједно, бацајући сав ваш напоран рад и знојећи се у једном трептају енергије, пре него што се удаљеност између њих још примети. Док мислите да сте раздвојили кваркове, већ су пронашли нове на које се могу везати. Овај ефекат је познат као заточење кварка: Снажна сила је заправо толико јака да нас спречава да икад видимо кварк изолирано.

Штета што никада нећемо видети каква је његова боја.

Сазнајте више преслушавањем епизоде "Шта јака сила чини тако јаком?" у подкасту Аск А Спацеман, доступан на иТунес-у и на веб локацији хттп://ввв.аскаспацеман.цом. Хвала Каји Н. и Терју Б. на питањима која су довела до овог дела! Поставите своје питање на Твиттеру користећи #АскАСпацеман или пратећи Паул @ПаулМаттСуттер и фацебоок.цом/ПаулМаттСуттер.