Силно заемодејство

Силно заемодејство — механизмот одговорен за силната јадрена сила, (наречена и силна сила, силна јадрена сила или обоена сила) едно од четирите основни заемодејства во природата, останатите три се електромагнетизмот, слабото заемодејство и гравитацијата. Со сила делотворна само на растојание од неколку фемтометри, истата сила е 137 пати посилна од електромагнетизмот, и милион пати посилна од слабото заемодејство и многупати посилна од гравитацијата на тоа растојание. Со ова заемодејство се обезбедува стабилната состојба на обичната материја, бидејќи ги обединува кварковите во елементарните честички во хадронски честички како што се протоните и неутроните, најголемите составни делови од масата на обичната материја. Понатаму, поголемиот дел од масата и енергијата на обичниот протон или неутрон е во облик на силно поле од енергија, поединечните кваркови обезбедуваат само околу 1% од масата и енергијата на протонот.

Силното заемодејство се набљудува во две области: при поголеми растојанија (околу 1 до 3 фм.), фи поврзува протоните и неутроните со што се создава јадрото на атомот.При помали растојанија (помали од 0.8 фм., полупречникот на јадрото), е силата (пренесена преку глуоните) која ги држи кварковите заедно при што се образуваат протони,неутрони и останатите хадронски честички. Силното заемодејство има толку силно дејство така што енергијата на тело сврзано од оваа сила е доволно висока за да се добијат нови масивни честички. Така, ако хадроните се заглават од високоенергетски честички, ќе се добијат нови хадронски честички, нема да се оддаде слободно зрачење (глуони). Ова својство на силното заемодјство се нарекува запазување на бојата, и истото го попречува „оддавањето“ на енергија од силното заемодејство: наместо тоа, во практиката, се набљудуваат млазови масивни честички.

Во однос на сврзувањето на протоните и неутроните за да се создадат атоми, силното заемодејство се нарекува јадрена сила (или остаточна силна сила). Во овој случај, станува збор за остатокот од силното заемодејство меѓу кварковите кои ги создале протоните и неутроните. Како такво, остаточното заемодејство е доста поразлично во зависност од растојанието меѓу нуклеоните, од кои делува преку поврзувањето на кварковите во нуклеоните.Енергијата на сврзување која делумно се ослободува по распадот на јадрото е поврзана со остаточното заемодејство се користи во атомските централи и оружјата кои се засновани на цепење на јадрото т.е. јадреното оружје.^[1]^[2]

Ова силно заемодејство се смета дека е спроведено од безмасени честички наречени глуони, кои се разменуваат меѓу кваркови, антикваркови, и други глуони. Глуоните, пак, се смета дека се во заемодејство со кварковите и глуоните бидејќи сите носат вид на полнеж наречен „промена на боја“. Промената на боја е исто што и електромагнетен полнеж, но истото се сретнува како три вида наместо еден (+/- црвен, +/- зелен, +/- син)при што се добиваат различни видови на сила, со разлчни начини на однесување. Овие правила се опишани во теоријата наречена квантна хромодинамика, која е теорија за заемодејствата меѓу кварковите и глуоните.

Веднаш по Големата експлозија, и завреме на електрослабата епоха, електрослабата сила се одвоила од силното заемодејство. Иако се очекува дека постои теоријата за сè која би го опишала ова, досега ваква теорија не е создадена, и обединувањето на основните заемодејства е еден од нерешените проблеми во физиката.

Историја

Пред 1970-тите, физичарите не биле во можност да го согледаат начинот на врзување во атомското јадро. Било познато дека јадрото се состои од протони и неутрони и дека протоните поседуваат позитивен електричен полеж, додека пак неутронте се неутрални. Сепак, овие факти како да биле спротивставени еден на друг. Со физичкото разбирање во тоа време, позитивните полнежи ќе се одбијат еден од друг и јадрото би требало да се распадне. Но ова никогаш не било набљудувано. Била потребан нова физика со која би се објаснила оваа појава.

Посилна привлечна сила била осмислена со која би се објаснило како јадрото останувало сврзано и покрај одбивните сили кои се присутни кај протоните. Оваа претпоставена сила била наречена силан сила, за која се верувало дека е силата која дејствува на протоните и неутроните кои го образуваат јадрото.

Подоцна било откриено дека протоните и неутроните не се основни честички, туку истите се изградени од составни честички наречени кваркови. Силното заемодејство меѓу нуклеоните било спореден ефект од многу поосновна сила која ги сврзувала кварковите во протоните и неутроните. Теоријата на квантната хромодинамика објаснува дека кварковите носат промена на боја, иако нема поврзаност со видливите бои.^[3] Кварковите со различни бои на полнежи се привлекуваат меѓусебно под дејство на силното заемодејство, кое е посредувано од честички кои се наречени глуони.

Поединости

Основните парови на силното заемодејство, од лево кон десно: глуонско зрачење, глуонско цепење и глуонско самоспарување.

Зборот силно се користи бидејќи силното заемодејство е „ најсилното“ од четирите основни заемодејства, неговата сила е околу 10²пати поголема од силата на електромагнетизмот, околу 10⁶ поголема од слабото заемодејство, и околу 10³⁹ посилно од гравитацијата, на растојание од фемтометар или помалку.

Законитости кај силното заемодејство

Современото сфаќање за силното заемодејство опишано преку квантната хромодинамика, дел од стандардниот модел на физиката на честичките. Математички, квантната хромодинамика е баждарна теорија заснована на месна симетрична група наречена SU(3).

Кварковите и глуоните се единствените основни честички кои пренесуваат неисчесзнувачки обоен полнеж, а со тоа учествуваат во силните заемодејства. Силните заемодејства сами по себе делуваат дирекни и единствено само на елементарните кваркови и глуонски честички.

Сите кваркови и глуони во квантната хромодинамика си заемодејствуваат преку силното заемодејство. Јачината на заемодејството е параметризирано преку силната постојана на сврзување. Оваа сила е определена од промената на бојата на честичката, групно теоретско својство.

Силното заемодејство делва меѓу кварковите. За разлика од останати сили (електромагнетната, слабата, и гравитациската), силното заемодејство не се намалува со зголемувањето на растојанието. Откако е постигнато одредено растојание (кога е постигната големина од еден хадрон), истата останува со сила од 10.000 њутни, без разлика на растојанието меѓу кварковите.^[4] Во квантната хромодинамика оваа појава се нарекува запазување на бојата, истата наведува дека, не можат да се набљудуваат слободни кваркови. Објаснувањето е дека потребната која е потребна за сила од 10.000 њутни (околу еднт тон метричка маса на површината од Земјата) е доволно силна за да создаде пар честичка-античестичка на многукратно растојание на заемодејството. Кажамо поедноставно, самата енергија која се применува за да се раздвојот два кваркови ќе создаде пар од нови кваркови кои ќе се спојат со првичните. Неуспешноста на сите опити кои биле во потрга на слободните кваркови се земаат како доказ за оваа појава.

Елементарните кваркови и глуони кои се под заемодејството не можат да бидат набљудувани директно, туку се појавуваат како млазови од новосоздадени хадрони, кога енергијата е натрупана во врската кварк-кварк, како што кварк во протонот е удрен од многу брз кварк за време на опит во забрзувачот. Сепак, може да се набљудува кварково-глуонската плазма.

Секој кварк во универзумот не го привлекува секој друг кварк во гореспоменатото растојание, бидејќи запазувањето на бојата кажува дека силното заемодејство делува без да се намалува со растојанието важи само за паровите од единечни кваркови, и дека при збирови од сврзани кваркови (на пример, хадроните), збирната промена на бојата на кварковите се поништува, како што е набљудувано од далечина. Збировите од кваркови (хадрони) немаат промена во бојата, и силното заемодејство е скоро целосно отсутно кај овие хадрони (на пример, меѓу барионите или мезоните). Сепак целосното поништување не е совршено. Мала остаточна сила останува (опишана подолу) позната како остаточно силно заемодејство. Оваа остаточна сила сенамалува забрзано со растојанието,и влијае на многу мали растојание (делотворна на куси растојанија од неколку фемтометри). Се пројавува како сила меѓу „безбојните“ хадрони, и затоа понекогаш е позната како силна јадрена сила или само јадрена сила.

Остаточно силно заемодејство

Анимација на јадрената сила (или остаточно силно заемодејство) односно заемодејството меѓу протон и неутрон. Малите обени двојни кругови се глуони, за кои мже да се каже дека го сврзуваат протонот и неутронот. Овие глуони исто така ја овозможуваат комбинацијата кварк-антикварк наречена пион, и со тоа се овозможува оддавањето на остаточниот дел од силната сила дури и меѓу безбојните хадрони. Анти боите се прикажани во овој дијаграм.За поголема верзија, стиснете овде

Остаточниот ефект од силното заемодејство се нарекува јадрена сила. Јадрената сила дејствува меѓу хадроните, како што се мезоните или пак нуклеоните во атомското јадро. Ова „остаточно силно заемодејство“, кое дејствува непосредно, оддава глуони кои создаваат дел од виртуелните пи и ро мезони, кои пак, ја оддаваат јадрената сила меѓу нуклеоните.

Остаточното силно заемодејство е многу мал остаток од силното заемодејство кое ги поврзува кварковите заедно во протоните и неутоните. Оваа сила е многу послаба меѓу неутроните и протоните, бидејќи најголемиот де од силата е неутрализирана во самите честички, на ист начин како кај електромагнетните сили меѓу неутралните атоми (ван дер Валсова сила) и многу послаба од електромагнетната сила која ги држи атомите поврзани меѓусебно.^[5]

За разлика од самото силно заемодејсто, јадрената сила, или остаточното силно заемодејство, се намалува со зголемувањето на растојанието, и тоа мошне брзо со зголемувањето на растојанието. Намалувањето е приближно негативно колку и експоненцијалната функција од растојанието, не постои познат едноставен запис а овој настан, (ПогледајтеЈукаовов потенцијал). Овој факт, заедно со поспорото намалување на разорната електромагнетна сила меѓу протоните, ја предизвикува нестабилноста на поголемите атомски јадра, како што се елементите од периодниот систем со атомски број поголем од 82 (олово).

Поврзано

Наводи

↑ on Binding energy: see Binding Energy, Mass Defect Архивирано на 18 јуни 2017 г., Furry Elephant physics educational site, retr 2012 7 1
↑ on Binding energy: see Chapter 4 NUCLEAR PROCESSES, THE STRONG FORCE, M. Ragheb 1/27/2012, University of Illinois
↑ Feynman, R. P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press. стр. 136. ISBN 0-691-08388-6. The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of 'colour,' which has nothing to do with colour in the normal sense.
↑ Fritzsch, op. cite, p. 164. The author states that the force between differently coloured quarks remains constant at any distance after they travel only a tiny distance from each other, and is equal to that need to raise one ton, which is 1000 кг x 9.8 m/s^2 = ~10,000 N.
↑ Fritzsch, H. (1983). Quarks: The Stuff of Matter. Basic Books. стр. 167–168. ISBN 978-0-465-06781-7.

Надворешни врски

Силна сила — Енциклопедија Британика (англиски)

[1] Binding energy: see Binding Energy, Mass Defect Архивирано на 18 јуни 2017 г., Furry Elephant physics educational site, retr 2012 7 1

[2] Binding energy: see Chapter 4 NUCLEAR PROCESSES, THE STRONG FORCE, M. Ragheb 1/27/2012, University of Illinois

[3] Feynman, R. P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press. стр. 136. ISBN 0-691-08388-6. The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of 'colour,' which has nothing to do with colour in the normal sense.

[4] Fritzsch, op. cite, p. 164. The author states that the force between differently coloured quarks remains constant at any distance after they travel only a tiny distance from each other, and is equal to that need to raise one ton, which is 1000 кг x 9.8 m/s^2 = ~10,000 N.

[5] Fritzsch, H. (1983). Quarks: The Stuff of Matter. Basic Books. стр. 167–168. ISBN 978-0-465-06781-7.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]