33.2: Vikosi Vinne vya Msingi
- Page ID
- 183611
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Hali vikosi vinne vya msingi.
- Eleza mchoro wa Feynman kwa kubadilishana photon halisi kati ya mashtaka mawili mazuri.
- Kufafanua QED.
- Eleza mchoro wa Feynman kwa kubadilishana kati ya protoni na neutroni.
Kama kwanza kujadiliwa katika Mikakati ya kutatua matatizo na kutajwa katika pointi mbalimbali katika maandishi tangu wakati huo, kuna nne tu tofauti vikosi vya msingi katika yote ya asili. Hii ni idadi inashangaza ndogo kwa kuzingatia matukio elfu kumi wao kueleza. Fizikia ya chembe imefungwa kwa nguvu hizi nne. Baadhi ya chembe za msingi, zinazoitwa chembe za carrier, hubeba majeshi haya, na chembe zote zinaweza kuhesabiwa kulingana na ambayo kati ya vikosi vinne wanavyohisi. Jedwali iliyotolewa hapa chini linafupisha sifa muhimu za vikosi vinne vya msingi.
| Nguvu | Nguvu ya karibu ya jamaa | Range | +/- | Carrier chembe |
|---|---|---|---|---|
| Mvuto | \(10^{−38}\) |
δ | + tu | Graviton (dhana) |
| sumakuumeme | \(10^{−2}\) | δ | +/- | Photon (aliona) |
| Nguvu dhaifu | \(10^{−13}\) | \(10^{−18}\)<m | +/- |
\(W^+,W^−,Z^0\) (aliona) |
| Nguvu kali | 1 | \(10^{−15}\)<m | +/- | Gluons (dhana) |
Ingawa vikosi hivi vinne ni tofauti na hutofautiana sana kutoka kwa kila mmoja chini ya yote lakini hali mbaya zaidi, tunaweza kuona kufanana kati yao. (Katika GUTs: Unification of Forces, tutajadili jinsi vikosi vinne vinaweza kuwa maonyesho tofauti ya nguvu moja ya umoja.) Labda tabia muhimu zaidi kati ya majeshi ni kwamba wote hupitishwa kwa kubadilishana chembe ya carrier, hasa kama yale Yukawa alikuwa na akili kwa nguvu kali ya nyuklia. Kila chembe ya carrier ni chembe virtual-haiwezi kuzingatiwa moja kwa moja wakati wa kupeleka nguvu. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha ubadilishaji wa photon ya kawaida kati ya mashtaka mawili mazuri. Photon haiwezi kuzingatiwa moja kwa moja katika kifungu chake, kwa sababu hii ingeiharibu na kubadilisha nguvu.
Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha njia ya kuchora ubadilishaji wa photon ya kawaida kati ya mashtaka mawili mazuri. Grafu hii ya muda dhidi ya msimamo inaitwa mchoro wa Feynman, baada ya mwanafizikia mwenye kipaji wa Marekani Richard Feynman (1918—1988) aliyeiendeleza.
Kielelezo\(\PageIndex{2}\) ni mchoro wa Feynman kwa kubadilishana pion virtual kati ya protoni na neutroni inayowakilisha mwingiliano sawa na katika [kiungo]. Mchoro wa Feynman sio tu chombo muhimu cha kutazama mwingiliano katika kiwango cha mitambo ya quantum, pia hutumiwa kuhesabu maelezo ya mwingiliano, kama vile uwezo wao na uwezekano wa kutokea. Feynman alikuwa mmoja wa wanadharia ambao walitengeneza uwanja wa electrodynamics ya quantum (QED), ambayo ni mechanics ya quantum ya electromagnetism. QED imekuwa na mafanikio makubwa katika kuelezea mwingiliano wa umeme kwa kiwango kidogo. Feynman alikuwa mwalimu msukumo, alikuwa na utu wa rangi, na alifanya athari kubwa kwa vizazi vya fizikia. Alishiriki Tuzo ya Nobel ya 1965 na Julian Schwinger na S. I. Tomonaga kwa kazi katika QED na athari zake za kina kwa fizikia ya chembe.
Kwa nini chembe zinazoitwa gluons zimeorodheshwa kama chembe za carrier kwa nguvu kali za nyuklia wakati, katika Chembe ya Yukawa na Kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg ilibadilishwa, tuliona kwamba pions inaonekana kubeba nguvu hiyo? Jibu ni kwamba pions ni kubadilishana lakini wana substructure na, kama sisi kuchunguza, tunaona kwamba nguvu nguvu ni kweli kuhusiana na moja kwa moja aliona lakini gluons msingi zaidi. Kwa kweli, chembe zote za carrier zinafikiriwa kuwa msingi kwa maana hawana substructure. Ufanana mwingine kati ya chembe carrier ni kwamba wao wote ni bosons (kwanza zilizotajwa katika Sampuli katika Spectra Kufunua Zaidi Quantization), kuwa na spins muhimu ndani.
Kuna uhusiano kati ya wingi wa chembe ya carrier na nguvu nyingi. Photon ni massless na ina nishati. Kwa hiyo, kuwepo kwa photons (virtual) inawezekana tu kwa sababu ya kanuni ya kutokuwa na uhakika wa Heisenberg na inaweza kusafiri umbali usio na ukomo. Hivyo, nguvu nyingi za umeme hazipatikani. Hii pia ni kweli kwa mvuto. Ni usio na kipimo kwa sababu chembe yake ya carrier, graviton, ina molekuli ya kupumzika kwa sifuri. (Gravity ni ngumu zaidi ya vikosi vinne kuelewa kwa kiwango quantum kwa sababu huathiri nafasi na wakati ambapo wengine kutenda. Lakini mvuto ni dhaifu sana kwamba madhara yake ni vigumu sana kuchunguza quantum mechanically. Sisi kuchunguza zaidi katika General Relativity na Quantum Gravity). Ya\(W^+,W^−\), na\(Z^0\) chembe ambazo hubeba nguvu dhaifu za nyuklia zina wingi, uhasibu kwa aina ndogo sana ya nguvu hii. Kwa kweli,\(W^+,W^−\), na\(Z^0\) ni kuhusu 1000 mara kubwa zaidi kuliko pions, sambamba na ukweli kwamba mbalimbali ya nguvu dhaifu nyuklia ni kuhusu 1/1000 ile ya nguvu ya nguvu ya nyuklia. Gluons ni kweli massless, lakini kwa kuwa wao kutenda ndani ya chembe kubwa carrier kama pions, nguvu ya nyuklia pia ni mfupi kilicholengwa.
Nguvu za jamaa za majeshi yaliyotolewa katika Jedwali ni wale wa hali ya kawaida. Wakati chembe zinaletwa karibu sana pamoja, nguvu za jamaa zinabadilika, na zinaweza kuwa sawa katika aina mbalimbali za karibu sana. Kama tutakavyoona katika GUTs: Unification of Forces, chembe za carrier zinaweza kubadilishwa na nishati zinazohitajika kuleta chembe karibu sana pamoja-kwa namna ambayo zinafanana.
Muhtasari
- Majeshi manne ya msingi na chembe zao za carrier zinafupishwa katika Jedwali.
- Feynman michoro ni grafu ya muda dhidi ya nafasi na ni muhimu sana pictorial uwakilishi wa michakato ya chembe.
- Nadharia ya electromagnetism juu ya kiwango cha chembe inaitwa electrodynamics quantum (QED).
faharasa
- Mchoro wa Feynman
- grafu ya muda dhidi ya nafasi inayoelezea ubadilishaji wa chembe za kawaida kati ya chembe za subatomic
- gluoni
- kubadilishana chembe, sawa na kubadilishana photons ambayo inatoa kupanda kwa nguvu ya umeme kati ya chembe mbili kushtakiwa
- electrodynamics
- nadharia ya electromagnetism juu ya kiwango cha chembe