强大的力量

虽然名字很贴切强大的力量是最强的吗基本相互作用在美国,像弱力一样,它是短程的,在10倍的核距离之外是无效的−15一米左右。在原子核内,更具体地说,在质子和其他构成原子核的粒子内夸克然而,强大的力量是至高无上的;夸克之间质子根据夸克之间的距离,它几乎可以比电磁力强100倍。

在20世纪70年代,物理学家提出了一种在结构上与强力相似的理论量子电动力学.在这个理论中夸克质子和中子是通过交换量规结合在一起的吗玻色子被称为胶子.夸克具有一种叫做"颜色那就是类似的给电荷。就像带电粒子受到电磁力而交换光子一样,彩色粒子也受到强磁力而交换胶子。颜色的这种性质部分地产生了强力理论的名称:量子色动力学

胶子是无质量的自旋量子数为1。在这方面,它们很像光子,但它们与光子有一个关键的不同。光子之间不相互作用——因为它们不带电——而胶子却携带色电荷。这意味着胶子可以相互作用在一起,这对限制胶子的范围和在质子和其他粒子中的夸克。

虽然夸克和胶子的色荷与通常意义上的颜色之间没有联系,但色荷有三种类型,分别是红、绿和蓝。夸克每个都带一个彩色电荷,而胶子同时带一个彩色电荷和一个反彩色电荷。

强作用力使不同颜色的夸克相互吸引;因此,红色吸引绿色,蓝色吸引红色,等等。另一方面,相同颜色的夸克会相互排斥。夸克只能以净色电荷为零的方式结合。在含有三夸克的粒子中,例如质子,这是通过添加红色、蓝色和绿色来实现的。一个替代,观察到的粒子称为介子见下文强子),为a夸克与基本颜色相同的反夸克结合在这种情况下,夸克的颜色和反夸克的反色相互抵消。这些三夸克(或三反夸克)或夸克-反夸克对的组合似乎是强作用力允许的唯一组合。

自然界中只有无色物体才能出现,这一限制似乎限制了观察单夸克和自由胶子的尝试。虽然夸克可以放射出真实的胶子就像电子能放射出真实的光芒光子,胶子永远不会自己出现在周围环境.相反,它以某种方式创造了更多的胶子、夸克和反夸克能源变成由夸克构成的普通粒子。类似地,似乎强作用力将夸克永久地限制在较大的粒子内。例如,用高能撞击质子的方法将夸克从质子中撞击出来,只会产生更多的粒子——也就是说,释放出结合在一起的新夸克和反夸克,这些新夸克和反夸克本身就受到强作用力的限制。

亚原子粒子的种类

从20世纪30年代早期到60年代中期,对作文宇宙射线以及使用粒子加速器揭示了200多种亚原子粒子。为了理解这种丰富的多样性,物理学家开始根据它们的性质(如质量负责,自旋)以及它们对基本相互作用的反应行为,特别是而且强大的力量.这样做的目的是发现可以简化多样性的共同特征化学元素周期表为财富做了什么原子发现于19世纪。一个重要的结果是许多粒子,那些被归类为强子被发现是由数量少得多的更基本的粒子组成的夸克.今天的夸克,连同群轻子它们被认为是物质的基本粒子。

轻子而且反轻子

轻子是一组亚原子粒子,没有经历强的力量。然而,他们确实感觉到弱力引力,而带电轻子通过电磁力.本质上,有三种类型的带电轻子和三种类型的中性轻子,以及六种相关的反轻子。在这三起案件中都是被告轻子带负电荷,而它的反粒子带正电。物理学家创造了这个名字轻子源于希腊语“纤细”一词,因为在发现之前τ在1975年,轻子似乎是最轻的粒子。虽然名字不再适当的,它被保留来描述所有的自旋1/2感觉不到强力的粒子。