Bir proton (ön plan), her biri renk olarak adlandırılan benzersiz bir özelliğe sahip üç kuarktan oluşur. Güçlü nükleer kuvvet tarafından sıkı tutuluyorlar.
(Resim: © Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı)
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi Bir Uzay Adamına Sorun ve Uzay Radyove yazarı Evrendeki Yeriniz. Sutter bu makaleye katkıda bulundu Space.com'un Uzman Sesleri: Op-Ed & Insights.
Bilinen dört doğa gücünün hepsi kendine özgü bir yere sahiptir. Yerçekimi, elektromanyetizma, zayıf nükleer, güçlü nükleer: Her biri hayatımızın küçük bir alanını yönetir. Günlük deneyimlerimiz Dünya'nın yerçekimi ve ışık ve buzdolabı mıknatıslarının elektromanyetizması tarafından baskılanırken, ikiz nükleer kuvvetler de kilit rol oynar - sadece çok, çok küçük ölçeklerde.
Ne kadar küçük? Kendinizi güneş sisteminin boyutu haline geldiğini düşünün. Elleriniz yüzerek Oort Bulutu gezegenler göbek deliğinizin üzerinde yuva yaparlar. Öylesine büyüksün ki, elektrik sinyallerinin sinir sisteminden yolculuk etmeleri haftalar hatta aylar alır ve en basit hareketleri bile ağrıyor.
Mevcut boyutunuz (kabaca birkaç metre) ve 10 ^ 15 metre arasındaki fark budur.
Şimdi tersine çevirin. Mevcut bedeninizin güneş sistemi kadar geniş hissettiği kadar küçük bir ölçek düşünün. Hareketlerinizin en yavaş hızlarda ilerlediği bir ölçek. Bu inanılmaz derecede küçük ölçek femtometre: 10 ^ -15 metre. Atom çekirdeğinin ölçeği.
Protonun içine
Buraya kadar, protonu tek bir parçacık olarak düşünmek cazip geliyor. Bir bilardo topu kadar kolayca zıplayabilen ve vurabilen pozitif yük ve kütlenin sert bir kabuğu. Ancak gerçekte, bir proton üç küçük parçacıktan oluşur. Bu parçacıklar kuarkların nefis ilginç isimlerine sahiptir. Doğada toplam altı çeşit kuark vardır, ancak protonu yakından incelemek için sadece yukarı ve aşağı kuarklar olarak adlandırılan ikisini önemsememiz gerekir.
Dediğim gibi, bir proton kuarkların üçlüsüdür: iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark. Bu kuarklar bir takım olarak birbirine bağlanır ve o bağlı takım proton dediğimiz şeydir.
Dışında, bu hiç mantıklı değil.
İki yukarı kuark tam olarak aynı elektrik yüküne sahiptir (çünkü aynı türden bir parçacıktırlar), bu yüzden birbirlerinden kesinlikle nefret etmelidirler. Nasıl bu kadar sıkı yapıştırılmış kalırlar?
Dahası, kuantum mekaniğinden, iki kuarkın tam olarak aynı durumu paylaşamayacağını biliyoruz - aynı türden ikisinin birbirine böyle bağlayamazsınız. Bu iki kuarkın böyle bir arada var olmasına izin verilmemelidir. Ve yine de sadece birbirlerine tahammül etmekle kalmıyorlar, aynı zamanda şirketin gerçekten tadını çıkarıyorlar!
Neler oluyor?
Farklı bir renk
1950'lerde ve 60'larda fizikçiler protonun temel olmadığını fark etmeye başladılar - daha küçük parçalara ayrılabilirler. Bu yüzden bir sürü deney yaptılar ve o somunu kırmak için bir grup teori geliştirdiler. Ve hemen a) kuarkların varlığı ve b) yukarıdaki şaşırtıcı muammalara girdiler.
Bir şey bu üç kuarkı bir arada tutuyordu. Gerçekten, gerçekten güçlü bir şey. Doğanın yeni gücü.
Güçlü kuvvet.
O zamandan sonra var olan güçlü kuvvet, kuarkların birlikteliğini basit kaba kuvvetle çözdü. Birlikte olmayı sevmiyorsun çünkü aynı durumu paylaşamazsın? Çok kötü, güçlü güç zaten bunu yapmanı sağlayacak ve bu problemin etrafında bir yol sağlayacak.
Ve her kuvvetin bir bağlantı noktası vardır. Kanca. Bu kuvveti, ne kadar etkilendiğinizi söylemenin bir yolu. Elektromanyetik kuvvet için elektrik yüküdür. Yerçekimi için kütle. Güçlü nükleer kuvvet için fizikçiler yeni bir kanca bulmak zorunda kaldılar. Bir kuarkın başka bir kuarka bu kuvvetle bağlanması için bir yol. Ve fizikçiler renk kelimesini seçtiler.
Eğer siz veya bildiğiniz bir parçacık renk olarak adlandırılan bu yeni özelliğe sahipse, o zaman güçlü nükleer kuvveti hissedersiniz. Renginiz kırmızı, yeşil veya mavi olabilir (kafa karıştırıcı bir şekilde anti-kırmızı, anti-yeşil ve anti-mavi vardır, çünkü elbette hayat o kadar basit değildir). Proton gibi bir parçacık oluşturmak için kuarkların tüm renkleri beyaza kadar eklemek zorundadır. Böylece bir kuark kırmızı, diğeri yeşil, son kuark mavi olarak atanır. Özel renk ataması aslında önemli değildir (ve aslında, bireysel kuarklar sürekli olarak rengi değiştirir), önemli olan, hepsinin beyaza kattığı ve güçlü gücün işini yapabilmesidir.
Rengin bu yeni özelliği, kuarkların bir proton içindeki bir durumu paylaşmasına izin veren şeydir. Renk ile iki kuark tam olarak aynı değildir - şimdi farklı renklere sahiptirler.
Süper güçlü
İki küçük pense aldığını ve protondaki kuarklardan ikisini aldığını düşün. Çalışırsınız, böylece onları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetin gücünün üstesinden gelebilirsiniz.
Ama işte güçlü güç hakkında garip bir şey var: Mesafe ile azalmıyor. Yerçekimi ve elektromanyetizma gibi diğer kuvvetler yapar. Fakat güçlü kuvvet, bu kuarklar ne kadar uzak olursa olsun, her zamanki gibi güçlü kalır.
Bu kuarkları çekerken, ayrılığı korumak için daha fazla enerji eklemeye devam etmelisiniz. Sonunda o kadar çok enerji eklersiniz ki, enerji kütleye eşittir ve tüm bunlar, kuarklar arasındaki boşlukta yeni parçacıklar ortaya çıkar. Diğer kuarklar gibi yeni parçacıklar.
Bu yeni kuarklar hemen yeni ayrılmış arkadaşlarını bulur ve birbirine bağlanır, aralarındaki mesafe farkedilmeden önce tüm sıkı çalışmanızı savurur ve tek bir enerji flaşında terler. Kuarkları ayırdığınızı düşündüğünüz zaman, bağlanmak için yenilerini buldular. Bu etki kuark hapsi olarak bilinir: Güçlü kuvvet aslında o kadar güçlüdür ki tek başına bir kuark görmemizi engeller.
Renginin ne olduğunu asla göremeyeceğimiz bir utanç.
Bölümü dinleyerek daha fazla bilgi edinin "Güçlü gücü bu kadar güçlü yapan nedir?" http://www.askaspaceman.com adresinden iTunes ve Web üzerinde bulunan Ask A Spaceman podcast'inde. Bu parçaya yol açan sorular için Kayja N. ve Ter B.'ye teşekkürler! #AskASpaceman kullanarak veya Paul @PaulMattSutter ve facebook.com/PaulMattSutter'i takip ederek Twitter'da kendi sorunuzu sorun.
- Fizikçiler Hiç Parçacık Olmayan Çok Garip Bir Parçacık Tespit Etti
- Birden Fazla Gerçeklik Var (Kuantum Fiziğinde)
- Fizikçiler Neden En Güzel Kuarkın Gizemli Tuhaflarıyla İlgileniyor
