강한 힘을 그렇게 특별하게 만드는 것은 무엇입니까?

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양성자 (전방)는 3 개의 쿼크로 구성되며 각 쿼크는 고유 한 속성을 갖습니다. 그들은 강한 원자력에 의해 단단히 고정되어 있습니다.

(이미지 : © Lawrence Berkeley National Laboratory)

폴 엠. 셔터 천체 물리학 자입니다 오하이오 주립대 학교, 의 주인 우주인에게 물어보세요 과 우주 라디오의 저자 우주에서의 당신의 장소. Sutter는이 기사에 Space.com의 전문가 목소리 : Op-Ed & Insights.

알려진 네 자연의 힘은 모두 독특한 장소를 가지고 있습니다. 중력, 전자기, 약한 핵, 강한 핵 : 각자 우리 삶의 작은 영역을 지배합니다. 우리의 일상적인 경험은 지구의 중력과 빛과 냉장고 자석의 전자기에 의해 좌우되지만, 쌍둥이 핵 세력도 매우 작은 규모로 중요한 역할을합니다.

얼마나 작습니까? 자신이 태양계의 크기가되도록 풍선을 쳤다고 상상해보십시오. 당신의 손은 오트 클라우드 그 자체로 행성은 배꼽 위에 자리 잡고 있습니다. 전기 신호가 신경계를 통과하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸리므로 가장 간단한 제스처조차도 느리게 느낍니다.

그것은 현재 크기 (약 2 미터)와 10 ^ 15 미터의 차이입니다.

이제, 반대로 실행하십시오. 현재 몸이 태양계만큼 넓게 느껴질 정도로 작은 규모를 상상해보십시오. 가장 느린 속도로 움직임이 일어나는 스케일. 이 믿을 수 없을만큼 작은 규모는 femtometer입니다 : 10 ^ -15 미터. 그것은 원자핵의 규모입니다.

양성자로

여기서부터 양성자를 단일 입자로 생각하고 싶은 유혹이 있습니다. 양전하와 덩어리의 단단한 껍질로 당구 공처럼 쉽게 튀어 오르거나 뛸 수 있습니다. 그러나 실제로 양성자는 세 개의 작은 입자로 구성됩니다. 이 입자들은 유쾌한 기발한 쿼크 이름을 가지고 있습니다. 자연에는 총 6 가지 종류의 쿼크가 있지만, 양성자를 면밀히 조사하기 위해서는 위와 아래 쿼크라고 불리는 두 종류 만주의하면됩니다.

내가 말했듯이, 양성자는 삼중 쿼크입니다. 두 개의 쿼크와 한 개의 쿼크입니다. 이 쿼크들은 하나의 팀으로 묶이며, 그 바운드 팀은 우리가 양성자라고 부릅니다.

제외하고는 말이되지 않습니다.

두 개의 쿼크는 정확히 같은 전하를 가지므로 (정확히 같은 종류의 입자이기 때문에) 서로를 미워해야합니다. 그들은 어떻게 그렇게 단단히 붙어 있습니까?

게다가 양자 역학을 통해 두 쿼크가 정확히 같은 상태를 공유 할 수 없다는 것을 알고 있습니다. 이 두 쿼크는 그렇게 공존해서는 안됩니다. 그러나 그들은 서로를 용납 할뿐만 아니라 회사를 실제로 즐기는 것 같습니다!

무슨 일이야?

다른 색

1950 년대와 60 년대 물리학 자들은 양성자가 기본이 아니라는 것을 깨달았습니다. 그것은 작은 부분으로 나눌 수 있습니다. 그래서 그들은 많은 실험을했고 특정 견과류를 깨뜨리는 많은 이론을 개발했습니다. 그리고 그들은 즉시 a) 쿼크의 존재와 b) 위의 수수께끼 같은 수수께끼에 부딪쳤다.

이 세 가지 쿼크를 하나로 묶고있었습니다. 정말, 정말 강한 것. 자연의 새로운 힘.

강한 힘.

당시에 가정 된 강한 힘은 단순한 무차별 힘으로 공존하는 쿼크의 문제를 해결했습니다. 오, 당신은 같은 주를 공유 할 수 없기 때문에 함께 있고 싶지 않습니까? 글쎄, 너무 나쁘다, 강한 힘은 어쨌든 그것을하게 할 것이고, 그것은 그 문제를 해결할 방법을 제공 할 것입니다.

그리고 모든 힘에는 연결점이 있습니다. 갈고리. 그 힘이 당신에게 얼마나 많은 영향을 미치는지를 알려주는 방법. 전자기력은 전하입니다. 중력은 질량입니다. 강력한 원자력을 위해서는 물리학 자들이 새로운 고리를 만들어야했습니다. 쿼크가 그 힘을 통해 다른 쿼크에 연결하는 방법. 물리학 자들은 색상이라는 단어를 선택했습니다.

따라서 당신이나 당신이 알고있는 입자가 색이라고하는이 새로운 특성을 가지고 있다면, 강한 핵력을 느끼게됩니다. 색상은 빨강, 녹색 또는 파랑 중 하나 일 수 있습니다 (물론 반투명, 녹지 및 녹청도 있습니다. 물론 인생은 그렇게 단순하지 않습니다). 양성자와 같은 입자를 만들려면 쿼크의 모든 색상이 흰색까지 더해져야합니다. 따라서 한 쿼크는 빨간색으로 지정되고 다른 쿼크는 녹색으로 지정되고 마지막 쿼크는 파란색으로 지정됩니다. 색상의 특정 할당은 실제로 중요하지 않으며 (실제로 개별 쿼크는 항상 색상을 변경합니다) 중요한 것은 모두 흰색으로 증가하고 강한 힘이 작업을 수행 할 수 있다는 것입니다.

이 새로운 색상 속성은 쿼크가 양자 내부의 상태를 공유 할 수있게합니다. 색상을 사용하면 두 개의 쿼크가 정확히 동일하지 않습니다. 이제 색상이 다릅니다.

엄청난 힘

두 개의 작은 펜치를 가지고 양자의 두 쿼크를 잡는다고 상상해보십시오. 당신은 운동을하므로, 그것들을 붙잡고있는 강력한 원자력의 힘을 극복 할 수 있습니다.

그러나 강한 힘에 대한 이상한 점이 있습니다. 거리에 따라 줄어들지 않습니다. 중력 및 전자석과 같은 다른 힘도 마찬가지입니다. 그러나 쿼크가 얼마나 멀리 떨어져 있더라도 강한 힘은 항상있는 것처럼 강하게 유지됩니다.

쿼크를 잡아 당기면 분리를 유지하기 위해 더 많은 에너지를 계속 추가해야합니다. 결국 질량과 동등한 에너지, 쿼크 사이의 진공에 새로운 입자가 나타납니다. 다른 쿼크와 같은 새로운 입자.

이 새로운 쿼크들은 새로 분리 된 친구들을 거의 즉시 찾아 서로 묶어 단 한 번의 에너지로 모든 노력과 땀을 흘리며 그들 사이의 거리가 눈에 띄게 나타납니다. 쿼크를 분리했다고 생각할 때, 이미 쿼크를 바인딩 할 새로운 것을 발견했습니다. 이 효과는 쿼크 감금으로 알려져 있습니다. 강한 힘은 실제로 너무 강해서 쿼크가 고립되어있는 것을 볼 수 없습니다.

우리는 그 색이 무엇인지 결코 알지 못할 수치입니다.

에피소드를 듣고 자세히 알아보기 "강한 힘이 그렇게 강한 이유 iTunes 및 웹 (http://www.askaspaceman.com)에있는 Ask A Spaceman 팟 캐스트에서 이 부분을 이끌어 낸 질문에 대해 Kayja N.과 Ter B.에게 감사드립니다! 트위터에서 #AskASpaceman을 사용하거나 Paul @PaulMattSutter 및 facebook.com/PaulMattSutter를 팔로우하여 자신의 질문을하십시오.