导语

在物质世界中,万物皆有力,所有的物质体系在维系和组成的时候都有着各种各样的相互作用关系。

探究这其中最基本的相互作用关系,就可以得到宇宙发展的一般规律,而宇宙中所发生的所有现象最基本的交换关系,又对应着四种基本力。

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引力,电磁力,强力,弱力,每一种力都是负责一种基本的物质粒子间的交换,而强力作用强度在四种力之中是最高的,约是引力的10^39倍。

那强力又是怎么一种力呢?

又是怎么来的呢?

夸克的“颜色”和“味道”。

要探讨强力这种力又要先来介绍一下强力的调节者,也就是夸克。

夸克是一种构成质子和中子的基本粒子,它是在20世纪60年代由美籍阿根廷物理学家格拉西奇、美籍以色列裔物理学家赛尔泽克和美籍物理学家哈里·利普金提出的构成质子、中子以及介导核力的“最小单位”理论。

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关于夸克有一个有趣的名字,它最开始的名字应该叫quart,但是因为难以发音,所以就将其改为了quark。

夸克是一种没有体积的粒子,它是构成质子和中子的基本组成单位,因此,夸克无法单独存在,而它的数量也是非常有限的。

夸克通过不同数量的组合可以形成所有的介质物质,但是质子和中子只是其中的一种组合形式。

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在已知的物质中,夸克是有27种组合形式的,它们被统称为“夸克三重态”以及“夸克六重态”,其中夸克三重态又可以进一步细分为原色和反色。

在这27种夸克的组合中,有6种不同的“味道”,它们分别是up(u)、down(d)、strange(s)、charm(c)、top(t)、bottom(b)。

在这6种“味道”中,up和down是地球上最常见的两种夸克,它们通常出现在质子和中子中,因此又被统称为轻夸克。

在构成原子核中,proton(质子)的质量等于三个up夸克的质量与一down夸克质量之和,其电荷是+1,中子是由一个up夸克和两个down夸克组成,电荷为0。

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而对于其余的4种夸克,它们因为质量较大,因此不太容易形成稳定核子,所以很少在自然界中出现。

除了“味道”之外,夸克还可以通过不同的“颜色”进行组合,它们被统称为“红色”“绿色”“蓝色”。

这三种“颜色”不是它们真正的颜色,而是一种用颜色来命名的方式,它们之间通过相互叠加的方式能够组成不同的夸克态,因此,将其称为“颜色”。

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而夸克的这种组合特性和数量有限的特性也是由它的基本性质决定的,这种限制提供了一个非常好的机会,使物理学家能够通过这种性质来探索基本粒子之间的关系。

强力的由来。

在1952年,美国物理学家莫瑞·盖尔曼提出了一种新的粒子——胶子,它是一种无质量粒子,它的作用是将两个夸克粒子粘在一起。

胶子是满足守恒定律的,它的“颜色”可以为“红色”和“绿色”,其中两种“颜色”相加等于“蓝色”。

科学家们将胶子看做是一种介子,它们能够通过粘合作用将质子和中子中夸克之间的距离缩短,因此,就可以解释原子核稳定的现象了。

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原来科学家们通过分析已知的物质来源,发现质子和中子中夸克之间应该是相互排斥的,那为什么质子和中子又会如此稳定,所以它们就提出一种简单的方法,就是引入一种新的粒子,由这些粒子来完成。

胶子是一种可以改变自己的颜色,但是又无法改变夸克的颜色,它们之间的相互作用非常的复杂,它们之间还存在着一种称为“色荷相互作用”的线性相互作用。

夸克和胶子之间又存在着这样一种复杂的作用关系,这种作用关系非常的强,几乎比其他的粒子的作用强力强出3个数量级。

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从中可以推测出,这种作用和一般的电磁作用、弱作用不一样,它有着自己特定的范围,这种范围在夸克直径的10^-15米附近,因此,被称为“短程作用”。

强力的作用范围非常有限,因此,它并没有涉及到我们日常生活中的力,但是这种力的强度却是非常大,它是引力的10^39倍。

因此,夸克之间的作用力强,也就导致夸克不能够单独存在,在被束缚的情况下,它们之间的能量是非常高的,足以产生一个非常大的核爆炸。

夸克被束缚在质子和中子的内部,如果要将夸克之间的作用力量进行一个适当的释放,就需要在质子和中子之间产生相互作用。

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因此,质子和中子之间就会通过胶子来进行交换,这样夸克之间的作用力量保持在一个适当的范围之内。

这就说明,胶子是在夸克之间传递作用力的粒子,而夸克也是通过它们之间的相互作用,形成原子核中粒子的。

“渐进自由”和“夸克禁闭”。

强力和胶子之间的关系是非常微妙的,因此,就形成了一种独特的作用特性,这种特性就是“渐进自由”。

所谓的“渐进自由”就是随着两个夸克之间的距离越来越远,胶子的作用力量反而会越来越弱。

这是因为胶子的作用力和一般的作用力不一样,一般的作用力随着距离的增加,作用力量也会相应地降低,而胶子的作用力就会相反,随着距离的增加,作用力量反而会增加。

这也正是胶子的一种独特作用性,胶子就是在夸克之间构成核子的介质粒子,胶子之间也会通过其它的胶子形成介质。

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这种核子中胶子之间的相互作用就正是强力的一种“残余”作用,也就是核力,它非常复杂,由于无法通过计算的方式来得到距离足够近的核子中胶子之间的相互作用,只能通过实验来进行验证。

但是随着科技的进步,现在可以通过不同的方法来对前面的核子中胶子进行观测,真实的测量结果和理论上的结果基本是一致的。

核力也是强力在核子内部的残余作用,它在核子的距离很近的时候,是非常强的,但是一旦距离增加,这种力就会非常小。

强力是宇宙中最强大的力,那么夸克为什么又会被束缚在质子和中子的内部呢?

这个问题可以通过一种现象得到解释,这种现象被命名为“夸克关禁闭”。

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夸克是不能单独存在的,它们总是以特定的组合方式来形成核子和其它的粒子。

在一定的温度和压力条件下,夸克之间的相互作用力会发生变化,如果夸克之间的力气变小,那么夸克之间的相互作用就会减小,最终就会变得独立起来,但是大部分情况下,夸克之间的力气变大,最终就被束缚在一起。

结语

强力的作用非常微妙,它在分子结构中就有着很大的作用,它的存在为我们提供了新的思路。

因此,研究强力相当重要,在这方面还有很多的工作需要进行,研究强力对于推动原子核物理和粒子物理的发展也是非常重要的。