Kvarky Vlastně Nemají Barvy

Na základní úrovni, realita je určen pouze dvě vlastnosti našeho Vesmíru: quanta, které tvoří vše, co existuje, a interakce, které probíhají mezi nimi. Zatímco pravidla, kterými se toto vše řídí, se mohou zdát komplikovaná, koncept je velmi přímočarý. Vesmír je tvořen diskrétními kousky energie, které jsou vázány na kvantové částice se specifickými vlastnostmi, a tyto částice spolu interagují podle fyzikálních zákonů, které jsou základem naší reality.

některé z těchto kvantových vlastností určují, zda a jak bude částice interagovat pod určitou silou. Všechno má energii, a proto všechno prožívá gravitaci. Pouze částice se správnými druhy nábojů zažívají ostatní síly, nicméně, protože tyto náboje jsou nezbytné pro vznik spojek. V případě silné jaderné síly potřebují částice k interakci barevný náboj. Jenže kvarky vlastně nemají barvy. Místo toho se děje tohle.

Zatímco jsme nemusí pochopit vše o této skutečnosti, jsme odhalili všechny částice Standardního Modelu a přírody ze čtyř základních sil — gravitace, elektromagnetismus, slabá jaderná síla a silná jaderná síla — které řídí jejich interakce. Ale ne každá částice zažívá každou interakci; k tomu potřebujete správný typ náboje.

ze čtyř základních sil má každá částice vlastní energii, dokonce i částice bez hmoty, jako jsou fotony. Dokud máte energii, zažijete gravitační sílu. Navíc existuje pouze jeden typ gravitačního náboje: pozitivní energie (nebo hmotnost). Z tohoto důvodu je gravitační síla vždy atraktivní a vyskytuje se mezi vším, co existuje ve vesmíru.

elektromagnetismus je trochu komplikovanější. Místo jednoho typu základního náboje existují dva: kladné a záporné elektrické náboje. Když jako náboje (pozitivní a pozitivní nebo negativní a negativní) interagují, odpuzují se, zatímco když opačné náboje (pozitivní a negativní) interagují, přitahují.

to nabízí vzrušující možnost, že gravitace není: schopnost mít vázaný stav, který nevyvíjí čistou sílu na vnější, Samostatně nabitý objekt. Když se stejné množství kladných a záporných nábojů spojí do jednoho systému, získáte neutrální objekt: objekt bez čistého náboje. Volné poplatky vyvíjejí atraktivní a / nebo odpudivé síly, ale nenabité systémy ne. To je největší rozdíl mezi gravitací a elektromagnetismem: schopnost mít neutrální systémy složené z nenulových elektrických nábojů.

Pokud bychom měli představit tyto dvě síly side-by-side, možná si myslíte, že elektromagnetismus jako mají dva směry, zatímco gravitace má pouze jeden směr. Elektrický náboj může být pozitivní nebo negativní, a různé kombinace pozitivní, pozitivní, pozitivní-negativní, negativní-pozitivní a negativní-negativní umožňují oba přitahování a odpuzování. Gravitace má na druhé straně pouze jeden typ náboje, a proto pouze jeden typ síly: přitažlivost.

i když existují dva typy elektrického náboje, trvá pouze jedna částice, aby se postarala o atraktivní a odpudivé působení elektromagnetismu: foton. Elektromagnetická síla má relativně jednoduchou strukturu-dva náboje, kde jako ty odpuzují a protiklady přitahují-a jedna částice, foton, může představovat elektrické i magnetické účinky. Teoreticky by jedna částice, graviton, mohla udělat totéž pro gravitaci.

ale pak, na úplně jiném základě, je tu silná síla. Je to podobné gravitaci i elektromagnetismu v tom smyslu, že existuje nový typ náboje a nové možnosti síly s ním spojené.

Pokud si myslíte, že o atomové jádro, musíte okamžitě uvědomit, že tam musí být další síla, která je silnější než elektrická síla je, jinak jádro z protonů a neutronů, by létat od sebe v důsledku elektrického odporu. Kreativně pojmenovaná silná jaderná síla je odpovědnou stranou, protože složky protonů a neutronů, kvarky, mají jak elektrické náboje, tak nový typ náboje: barevný náboj.

na rozdíl od toho, co byste mohli očekávat, ačkoli, není tam vůbec žádná barva. Důvod, proč jsme volat to barevný náboj je, protože místo jedné základní, atraktivní typ poplatku (jako gravitace), nebo dva opačné typy základních náboj (pozitivní a negativní, jako elektromagnetismus), silná síla se řídí třemi základními typy náboje, a poslouchají velmi odlišná pravidla než ostatní, více známé síly.

u elektrických nábojů může být kladný náboj zrušen stejným a opačným nábojem-záporným nábojem-stejné velikosti. Ale pro barevné poplatky máte tři základní typy poplatků. Chcete-li zrušit jeden barevný náboj jednoho typu, potřebujete jeden z každého druhého a třetího typu. Kombinace stejných čísel všech tří typů vede k kombinaci, kterou nazýváme “bezbarvá”, a bezbarvá je jediná kombinace kompozitních částic, která je stabilní.

to funguje nezávisle pro kvarky, které mají kladný barevný náboj, a antikvarky, které mají záporný barevný náboj. Pokud si představíte barevné kolečko, můžete dát červenou, zelenou a modrou na tři stejně vzdálená místa, jako rovnostranný trojúhelník. Ale mezi červenou a zelenou by byla žlutá; mezi zelenou a modrou by byla azurová; mezi červenou a modrou by byla purpurová.

tyto barevné náboje odpovídají barvám antičástic: antikolorům. Azurová je stejná jako anti-červená; purpurová je stejná jako anti-zelená; žlutá je stejná jako anti-modrá. Stejně tak můžete přidat až tři kvarky s červené, zelené a modré barvy, aby se bezbarvé kombinace (jako proton), můžete přidat až tři antiquarks s azurové, purpurové a žluté barvy, aby se bezbarvé kombinace (jako antiprotonových).

pokud víte něco o barvě, můžete začít přemýšlet o jiných způsobech generování bezbarvé kombinace. Pokud by mohly fungovat tři různé barvy nebo tři různé antikolory, možná by vás tam mohla dostat správná kombinace barev a barev?

ve skutečnosti to může. Mohli byste smíchat správnou kombinaci kvarku a antikvarku a vytvořit bezbarvou kompozitní částici, známou jako mezon. To funguje, protože:

• červená a azurová,
• zelená a purpurová,
• a modré a žluté

jsou bezbarvé kombinace. Pokud přidáte bezbarvý čistý náboj, pravidla silné síly vám umožňují existovat.

to by mohlo začít svou mysl dolů některé zajímavé cesty. Pokud je červená + zelená + modrá bezbarvá kombinace, ale červená + azurová je také bezbarvá, znamená to, že zelená + modrá je stejná jako azurová?

to je naprostá pravda. To znamená, že můžete mít jeden (barevný) kvark spárován s některým z následujících:

• další dva kvarky,
• jeden antiquark,
• další tři kvarky a jeden antiquark,
• jeden další kvark a dva antiquarks,
• pět dalších kvarků,

nebo nějaké jiné kombinace, která vede k bezbarvé celkem. Když slyšíte o exotických částicích, jako jsou tetrakvarky (dva kvarky a dva antikvarky) nebo pentakvarky (čtyři kvarky a jeden antikvark), vězte, že se řídí těmito pravidly.

Ale barva je jen analogie, a to analogie bude skutečně prolomit docela rychle, pokud začnete se na to dívat v příliš mnoho detailů. Například způsob, jakým silná síla funguje, je výměna gluonů, které s sebou nesou kombinaci barev a barev. Pokud jste modrý kvark a vydávat gluon, můžete transformovat do červené quark, což znamená, že gluon vás vyzařovaného obsahoval azurová (anti-red) a modré barvy nabití, což vám umožní šetřit barvu.

můžete si myslet, pak se třemi barvami a třemi antikolory, že by bylo devět možných typů gluonu, které byste mohli mít. Po všem, pokud jste uzavřeno každý z červené, zelené a modré s každým azurové, purpurové a žluté, existuje devět možných kombinací. To je dobrý první odhad, a je to téměř správné.

jak se však ukazuje, existuje pouze osm gluonů. Představte si, že jste červený kvark a vyzařujete červený / purpurový gluon. Přeměníte červený kvark na zelený kvark, protože tak zachováte barvu. Tento gluon pak najde zelený kvark, kde purpurová zničí zelenou a zanechá červenou barvu za sebou. Tímto způsobem se barvy vyměňují mezi interagujícími barevnými částicemi.

Tato linie myšlení je dobrá jen pro šest z gluony, i když:

• červená/magenta,
• červená/žlutá,
• zelená/azurová,
• zelená/žlutá,
• modrá/cyan, a
• modrá/purpurová.

když narazíte na další tři možnosti-Červená/Azurová, Zelená/purpurová a modrá / žlutá-je problém: všechny jsou bezbarvé.

ve fyzice, kdykoli máte částice, které mají stejná kvantová čísla, mísí se dohromady. Tyto tři typy gluonů, všechny jsou bezbarvé, absolutně se mísí dohromady. Podrobnosti o tom, jak oni mix jsou poměrně hluboké a jít nad rámec non-technické článku, ale budete skončit s dvě kombinace, které jsou nerovné mix tří různých barev a anticolors, spolu s jedním kombinaci, která je mix všech barev/anticolor dvojici stejně.

ten poslední je skutečně bezbarvý a nemůže fyzicky interagovat s žádnou z částic nebo antičástic s barevnými náboji. Proto existuje pouze osm fyzických gluonů. Výměna gluonů mezi kvarky (a / nebo antikvarky) a bezbarvých částic mezi jinými bezbarvými částicemi je doslova to, co spojuje atomová jádra dohromady.

Můžeme to nazvat barevný náboj, ale silná jaderná síla se řídí pravidly, které jsou jedinečné mezi všemi jevy ve Vesmíru. Zatímco kvarkům připisujeme barvy, antikvarky antikvarky, a kombinace barev a barev gluonům, je to jen omezená analogie. V pravdě, žádná částice nebo antičástice mají barvu, ale pouze dodržovat pravidla interakce, která má tři základní druhy poplatků, a to pouze kombinace, které nemají žádný náboj podle tohoto systému mohou existovat v přírodě.

Této složité interakce je pouze známo, že síla, která překoná elektromagnetickou sílu a udržet dvě částice, jako je elektrický náboj, svázaných dohromady do jednoho, stabilní konstrukce: atomové jádro. Kvarky ve skutečnosti nemají barvy, ale mají náboje, které se řídí silnou interakcí. Pouze s těmito jedinečnými vlastnostmi se mohou stavební kameny hmoty spojit a vytvořit vesmír, který dnes obýváme.