クォークは実際には色を持っていません

基本的なレベルでは、現実は私たちの宇宙の2つの特性だけによって決定されます：存在するすべてを構成する量子とそれらの間で起こる相互作用。 このすべてを支配するルールは複雑に見えるかもしれませんが、概念は非常に簡単です。 宇宙は、特定の性質を持つ量子粒子に束縛された離散的なエネルギーのビットで構成されており、それらの粒子は、私たちの現実の根底にある物理学の

これらの量子特性のいくつかは、粒子が特定の力の下で相互作用するかどうか、そしてどのように作用するかを支配します。 すべてがエネルギーを持っているので、すべてが重力を経験します。 しかし、これらの電荷は結合が起こるために必要であるため、適切な種類の電荷を有する粒子のみが他の力を経験する。 強い核力の場合、粒子は相互作用するために色電荷を必要とする。 ただ、クォークには実際には色がありません。 ここでは代わりに何が起こっているのです。

この現実についてのすべてを理解していないかもしれませんが、標準モデルのすべての粒子と、それらの相互作用を支配する四つの基本的な力—重力、電磁気学、弱い核力、強い核力—の性質を明らかにしました。 しかし、すべての粒子がすべての相互作用を経験するわけではありません。

四つの基本的な力のうち、すべての粒子はそれに固有のエネルギーを持ち、光子のような質量のない粒子でさえも持っています。 あなたがエネルギーを持っている限り、あなたは重力を経験します。 さらに、重力電荷の唯一のタイプがあります：正のエネルギー（または質量）。 このため、重力は常に魅力的であり、宇宙に存在するすべてのものの間に発生します。

電磁気学はもう少し複雑です。 基本電荷の1つのタイプの代わりに、正電荷と負電荷の2つがあります。 同様の電荷（正と正または負と負）が相互作用するとき、それらは反発し、反対の電荷（正と負）が相互作用するとき、それらは引き付ける。

これは、重力がしないという刺激的な可能性を提供しています：外部の、別々に帯電した物体に正味の力を及ぼさない束縛状態を持つ能力。 等しい量の正と負の電荷が単一のシステムに結合すると、中性の物体が得られます。 自由電荷は魅力的および/または反発力を発揮するが、充電されていないシステムはそうではない。 これが重力と電磁気学の最大の違いです：ゼロ以外の電荷で構成される中性系を持つ能力。

これらの2つの力を並べて想像すると、電磁気学は2つの方向を持っていると考えるかもしれませんが、重力は1つの方向しか持っていません。 電荷は正または負にすることができ、正-正、正-負、負-正、および負-負の様々な組み合わせは、引力と反発の両方を可能にする。 一方、重力には1つのタイプの電荷しかないため、1つのタイプの力だけがあります：引力。

電荷には二つのタイプがあるが、電磁気学の魅力的で反発的な作用、すなわち光子の世話をするのに必要なのは一つの粒子だけである。 電磁力は比較的単純な構造を持っています—2つの電荷は、同様のものが反発し、反対のものが引き付ける—そして単一の粒子、光子は、電気的効果と磁気効果の両方を説明することができます。 理論的には、単一の粒子、重力は、重力のために同じことを行うことができます。

しかし、その後、全く異なる足場に、強い力があります。 それは、新しいタイプの電荷とそれに関連する力の新しい可能性があるという意味で、重力と電磁気学の両方に似ています。

原子核について考えるならば、電気力よりも強い追加の力がなければならないことをすぐに認識しなければなりません。 創造的に命名された強い核力は、陽子と中性子、クォークの構成要素が電荷と新しいタイプの電荷の両方を持っているので、責任ある当事者です：色電荷。

あなたが期待するかもしれないものとは対照的に、しかし、全く関与していない色がありません。 私たちがカラーチャージと呼ぶ理由は、一つの基本的な魅力的なタイプの電荷（重力のような）、または二つの反対のタイプの基本的な電荷（電磁気学のような正と負）の代わりに、強い力は三つの基本的なタイプの電荷によって支配され、他のより身近な力とは非常に異なる規則に従うからです。

電荷の場合、正の電荷は、同じ大きさの等しい反対の電荷—負の電荷—によって相殺することができます。 しかし色充満のために、3つの基本的なタイプの充満があります。 一つのタイプの単一の色の電荷をキャンセルするためには、第二と第三のタイプのそれぞれのいずれかが必要です。 3つのタイプすべての等しい数の組み合わせは、私たちが「無色」と呼ぶ組み合わせをもたらし、無色は安定した複合粒子の唯一の組み合わせです。

これは、正の色電荷を持つクォークと、負の色電荷を持つantiquarksに対して独立して機能します。 カラーホイールを描く場合は、正三角形のように、赤、緑、青の3つの等距離の場所に配置することができます。 しかし、赤と緑の間に黄色になり、緑と青の間にシアンになります; 赤と青の間にマゼンタになります。

これらの中間の色電荷は、反粒子の色、すなわち反色に対応する。 青緑色は反赤と同じです;マゼンタは反緑と同じです;黄色は反青と同じです。 赤、緑、青の3つのクォークを追加して無色の組み合わせ（プロトンのような）を作るのと同じように、シアン、マゼンタ、黄色の3つのアンティークークを追加して無色の組み合わせ（アンチプロトンのような）を作ることができます。

あなたが色について何かを知っているなら、あなたは無色の組み合わせを生成するための他の方法を考え始めるかもしれません。 3つの異なる色または3つの異なる反色が働くことができれば、多分右の色-反色の組み合わせがあなたをそこに連れて行くことができますか？

実際には、それはできます。 あなたは中間子として知られている無色の複合粒子を生成するためにクォークとantiquarkの適切な組み合わせを一緒に混合することができます。 これは、動作しますので、:

• 赤とシアン、
• 緑とマゼンタ、
• 青と黄色の

はすべて無色の組み合わせです。 あなたが無色の正味の電荷まで加算する限り、強い力のルールはあなたが存在することを可能にします。

これはいくつかの興味深いパスをあなたの心を開始可能性があります。 赤+緑+青が無色の組み合わせであるが、赤+シアンも無色である場合、それは緑+青がシアンと同じであることを意味しますか？

それは絶対に正しい。 これは、次のいずれかとペアになった単一の（色付きの）クォークを持つことができることを意味します:

• 二つの追加クォーク、
• 一つのantiquark、
• 三つの追加クォークと一つのantiquark、
• 一つの追加クォークと二つのantiquark、
• 五つの追加クォーク,

または無色の合計につながる他の組み合わせ。 テトラクォーク（2つのクォークと2つの反クォーク）やペンタクォーク（4つのクォークと1つの反クォーク）のようなエキゾチックな粒子について聞くときは、これらの規則に従っていることを知っています。

しかし、色は単なる類推であり、あなたがあまりにも多くの詳細でそれを見始めると、その類推は実際にはかなり迅速に分解されます。 例えば、強い力が働く方法はそれらと色反色の組合せを運ぶgluonsを交換することによってある。 つまり、放出されたグルオンにはシアン（反赤）と青色の電荷が含まれており、色を節約することができます。

あなたは、三色と三反色で、あなたが持つことができる九つの可能なタイプのグルオンがあるだろうと思うかもしれません。 結局のところ、赤、緑、青のそれぞれをシアン、マゼンタ、黄色のそれぞれと一致させると、9つの可能な組み合わせがあります。 これは良い最初の推測であり、それはほぼ正しいです。

それが判明したように、しかし、存在する唯一の八つのグルーオンがあります。 あなたが赤いクォークで、赤/マゼンタのグルオンを放出すると想像してください。 赤のクォークを緑のクォークに変えますそれが色を節約する方法ですから そのグルオンは緑色のクォークを見つけ、そこでマゼンタは緑色で消滅し、赤色を残すでしょう。 この方法では、色は相互作用する着色された粒子の間で交換されます。

この考え方は、グルオンのうちの六つにしか良いことではない。:

• 赤/マゼンタ、
• 赤/黄、
• 緑/シアン、
• 緑/黄、
• 青/シアン、
• 青/マゼンタ。

他の3つの可能性—赤/シアン、緑/マゼンタ、青/黄—に遭遇すると、問題があります：それらはすべて無色です。

物理学では、同じ量子数を持つ粒子があるときはいつでも、それらは一緒に混合します。 これらの3つのタイプのグルオンは、すべて無色であり、絶対に一緒に混合します。 それらがどのように混合するかの詳細は非常に深く、非技術的な記事の範囲を超えていますが、三つの異なる色と反色の不均等な組み合わせである二つの組み合わせと、すべての色/反色のペアを均等に組み合わせた一つの組み合わせがあります。

最後のものは本当に無色であり、色電荷を持つ粒子や反粒子と物理的に相互作用することはできません。 したがって、物理的なグルーオンは8つしかありません。 クォーク（および/またはantiquarks）間のグルオンの交換、および他の無色粒子間の無色粒子の交換は、文字通り原子核を一緒に結合するものである。

私たちはそれをカラーチャージと呼ぶかもしれませんが、強い核力は宇宙のすべての現象の中でユニークな規則に従います。 私たちは色をクォークに、反色をantiquarksに、色と反色の組み合わせをgluonsに帰しますが、それは限られた類推に過ぎません。 実際、粒子や反粒子のいずれも色を持たないが、三つの基本的なタイプの電荷を持つ相互作用の規則に従うだけであり、このシステムの下で正味の電荷を持たない組み合わせのみが自然界に存在することが許されている。

この複雑な相互作用は、電磁力を克服し、同じ電荷の2つの粒子を一緒に結合させて単一の安定した構造に保つことができる唯一の既知の力です。 クォークは実際には色を持っていませんが、強い相互作用によって支配される電荷を持っています。 これらの独特な特性とだけ物質のブロックが私達が今日生息する宇宙を作り出すために結合できる。