הכוח החזק – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
A.R.~hewiki (שיחה | תרומות) הוסף מידע |
|||
שורה 1:
{{פירוש נוסף|נוכחי=כוח המחזיק יחד קווארקים בתוך האדרונים|אחר=כוח המחזיק יחד נוקליאונים בתוך גרעין האטום|ראו=[[הכוח הגרעיני]]}}
'''הכוח החזק'''
החלקיק
הכוח החזק פועל בשתי רמות. ברמה הבסיסית יותר (מרחקים קצרים מ-0.8 פמטומטר לערך), הוא מחבר [[קווארק]]ים, שהם חלקיקים יסודיים, לכדי [[האדרון|האדרונים]] (חלקיקים מורכבים העשויים מקווארקים וגלואונים). ההאדרונים נחלקים ל[[באריון|באריונים]] ו[[מזון (חלקיק)|מזונים]]. עם הבאריונים נמנים ה[[נוקליאון|נוקליאונים]], שהם ה[[פרוטון]] וה[[נייטרון]]. ברמה זו, הכוח החזק אחראי לתופעת ה[[כליאה (פיזיקה)|כליאה]] (color confinement) ולכך שהצבע הכולל של האדרונים הוא לבן, כלומר, להאדרון בשלמותו אין מטען צבע.
== אופן פעולה ==▼
על-פי ה[[כרומודינמיקה קוונטית|כרומודינמיקה הקוונטית]], כל קווארק נושא '''מטען צבע''' המופיע בשלושה סוגים: "אדום", "ירוק" ו"כחול". אלה רק כינויים ואין להם קשר לצבעים רגילים. לאנטי-קווארקים יש "אנטי-אדום", "אנטי-ירוק" או "אנטי-כחול". המשיכה בין צבע לאנטי-צבע שלו היא חזקה במיוחד. חלקיקים יכולים להתקיים אך ורק אם הצבע הכולל שלהם הוא נייטרלי ("לבן"). במילים אחרות, הם יכולים להיות מורכבים מ (אנטי-)אדום, (אנטי-)ירוק ו (אנטי-)כחול (חלקיק כזה נקרא [[באריון]]; חלקיקים כאלה הם, למשל, פרוטונים ונייטרונים), או מקווארק ואנטי-קווארק שיש להם צבע ואנטי-צבע תואמים (חלקיק שכזה נקרא [[מזון (חלקיק)|מזון]]).▼
רוב המסה של האדרונים מקורה באנרגיה של הכוח החזק, או אנרגיית הקשר הכרומודינמית (QCD binding energy). כך, לדוגמה, פרוטון הוא בעל [[מסת מנוחה]] של כ-938 [[אלקטרון וולט|MeV]], כאשר סכום מסות המנוחה של שלושת קווארקי הערכיות (valence quarks) שבתוכו הוא כ-9.4 MeV בלבד. הווה אומר, כ-99% ממסת הפרוטון אינם מגיעים ממסת המנוחה של קווארקי הערכיות, אלא מהאנרגיה של הכוח החזק. מכיוון שמרבית המסה של האטומים מרוכזת בנוקליאונים, יחד עם העובדה שאטומים הם אבני הבניין של כל ה[[חומר]] המוכר, הרי כמעט כל המסה של החומר המוכר היא בעצם אנרגיה של הכוח החזק.
האינטראקציה החזקה פועלת בין קווארקים בהעברת חלקיקים הנקראים [[גלואון|גלואונים]]. ישנם שמונה סוגים של גלואונים, וכל אחד מהם נושא מטען צבע ומטען אנטי-צבע.▼
כאשר הקווארקים מחוברים לכדי האדרון, הם מבטלים את רוב הכוח החזק (בדומה ל[[דיפול חשמלי]]). מכאן נותרת הרמה השניה של פעולת הכוח החזק, היא הכוח החזק השיורי (residual strong force), הפועל בין נוקליאונים ב[[גרעין האטום]]. כוח זה מכונה גם [[הכוח הגרעיני]] ([[:en:Nuclear force|nuclear force]]). עקב היותו שיורי, הכוח הגרעיני חלש בהשוואה לכוח החזק התוך-האדרוני. הכוח הגרעיני היה מוכר עוד טרם הופעת מודל הקווארקים וכך גם ה[[פאיון|פאיונים]], שהם החלקיקים הנושאים את הכוח הגרעיני, לצד שני סוגים נוספים של [[מזון (חלקיק)|מזונים]], מזוני [[רו (מזון)|רו]] ו[[אומגה (מזון)|אומגה]]. לאחר גילוי הקווארקים ותחילת פיתוח הכרומודינמיקה הקוונטית, התברר הקשר בין הכוח החזק לכוח הגרעיני. עם טווח פעולה של 0.7 עד 2 פמטומטר, הכוח החזק השיורי אחראי למשיכת הפרוטונים והנייטרונים יחד ליצירת גרעין האטום.
כאשר נוצרת אינטראקציה בין זוגות של קווארקים הם משנים את צבעם ללא הרף, אך בדרך כזו שהצבע הכולל שלהם נשמר. אם, לדוגמה, קווארק אדום נמשך לקווארק ירוק בתוך באריון, גלואון הנושא צבע אנטי-ירוק ואדום ישתחרר מהקווארק האדום וייקלט בקווארק הירוק; כתוצאה מכך, הקווארק הראשון משתנה לירוק והשני לאדום (הצבע הכולל עדיין נשאר אדום+ירוק). אם קווארק כחול ואנטי-קווארק אנטי-כחול מגיבים בתוך מזון, גלואון הנושא, לדוגמה, אנטי-אדום וכחול יכול להשתחרר מהקווארק הכחול ולהקלט באנטי-כחול; כתוצאה, הקווארק הכחול הופך לאדום, והאנטי-קווארק האנטי-כחול הופך לאנטי-אדום (מטען הצבע הכולל נותר 0). אם שני קווארקים ירוקים מגיבים האחד עם השני בהחלפת גלואון הנושא צבע ירוק ואנטי-ירוק, הקווארקים נותרים ירוקים.▼
שלא כמו כוחות יסוד אחרים, האינטראקציה החזקה פועלת גם על נושאי הכוח עצמם, מכיוון שגלואונים נושאים גם הם מטען צבע. זה מוביל לטווח מוגבל מאוד של הכוח החזק (לא הרבה יותר מרדיוס של האדרון) על-אף שלגלואון אין מסה. יש לו גם השפעה מוזרה הגורמת לכך שהכוח מתחזק ככל שהמרחק בין קווארקים גדל. האפקט הזה מונע מאתנו לצפות בקווארקים חופשיים. ככל שהמרחק בין שני קווארקים גדל, כמות האנרגיה שבכוח ביניהם גדלה. אם הכוח הופך לחזק דיו, נוצרת מספיק אנרגיה ליצירת קווארקים חדשים. זו הסיבה שניתן לראות קווארקים רק בזוגות או בשלישיות ולעולם לא ביחידים. אנלוגיה העוזרת להסביר תופעה זו היא אנלוגיית הגומייה. אם נמתח את הגומייה חזק מספיק, יווצרו לנו שתי גומיות חדשות. כך הדבר עם קווארקים: תרחיק שני קווארקים אחד מהשני די הצורך, ושני קווארקים נוספים יווצרו.▼
▲על-פי
▲האינטראקציה החזקה פועלת בין קווארקים
התופעה בה אין אנו מסוגלים להפריד קווארקים נקראת '''ריתוק'''. ההשערה היא שהכוח הגרעיני החזק לא משפיע על קווארקים הקרובים מאוד האחד לשני, והם נעשים "חופשיים". תופעה זו נקראת '''חופש אסימפטוטי'''. גם פה אנלוגית הגומייה עוזרת להמחיש את התופעה. כאשר שני צידי הגומיה קרובים אחד לשני, לא פועל ביניהם כוח, וכל צד נע בלי קשר לתנועת הצד השני.▼
▲כאשר נוצרת אינטראקציה בין זוגות של קווארקים הם משנים את צבעם ללא הרף, אך בדרך כזו שהצבע הכולל שלהם נשמר. אם, לדוגמה, קווארק אדום נמשך לקווארק ירוק בתוך באריון, גלואון הנושא צבע אנטי-ירוק ואדום ישתחרר מהקווארק האדום וייקלט בקווארק הירוק; כתוצאה מכך, הקווארק הראשון משתנה לירוק והשני לאדום (הצבע הכולל עדיין נשאר אדום+ירוק). אם קווארק כחול ואנטי-קווארק אנטי-כחול מגיבים בתוך מזון, גלואון הנושא, לדוגמה, אנטי-אדום וכחול יכול להשתחרר מהקווארק הכחול ולהקלט באנטי-כחול; כתוצאה, הקווארק הכחול הופך לאדום
שלא כמו כוחות יסוד אחרים, הכוח החזק פועל גם על נושאי הכוח עצמם, מכיוון שגלואונים נושאים גם הם מטען צבע. דבר זה גורם לכך שטווח הפעולה של הכוח החזק יהיה מוגבל מאוד (לא הרבה יותר מקוטר של האדרון). הכל, על אף שלגלואון אין מסה. לעומת זאת, ל[[פוטון|פוטונים]] אין בעצמם את המטען שהם מעבירים (מטען חשמלי) ולכן טווח הפעולה של הכוח האלקטרומגנטי הוא אינסופי.
▲
▲התופעה
במסגרת [[המודל הסטנדרטי]] הכוח החזק מיוצג על ידי [[חבורה (מבנה אלגברי)|חבורת]] ה[[תורת כיול|כיול]] <math>\ SU(3)</math>.
שורה 21 ⟵ 27:
==ראו גם==
*[[כרומודינמיקה קוונטית]]
*[[הכוח
*[[פיזיקת חלקיקים]]
*[[כוח (פיזיקה)]]
==
*
{{כוחות היסוד}}
| |||