Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кварктердің субатомдық бөлшектерде байланысуы
Binding of quarks in subatomic particles
Ядролық физика мен бөлшектер физикасында күшті өзара әрекеттесу, сондай-ақ күшті күш немесе күшті ядролық күш деп аталатын, кварктерді протондарға, нейтрондарға және басқа адрондық бөлшектерге тоғыстыратын негізгі өзара әрекеттесу болып табылады. Күшті өзара әрекеттесу нейтрондар мен протондарды байланыстырып, атом ядросын құрайды, онда ол ядролық күш деп аталады. Протонның немесе нейтронның массасының көп бөлігі күшті өзара әрекеттесу энергиясының нәтижесі болып табылады; жеке кварктер протон массасының шамамен 1% ғана құрайды. 10−15 м қашықтықта (1 фемтометр, нуклон радиусынан сәл артық) күшті күш электромагнетизмнен 100 есе, әлсіз өзара әрекеттесуден 106 есе және гравитациядан 1038 есе күшті. Атом ядроларының контекстінде, бұл күш протон мен нейтронды біріктіріп, ядроны құрастырады және ядролық күш (немесе қалдық күш) деп аталады.
In nuclear physics and particle physics, the strong interaction, also called the strong force or strong nuclear force, is a fundamental interaction that confines quarks into protons, neutrons, and other hadron particles. The strong interaction also binds neutrons and protons to create atomic nuclei, where it is called the nuclear force. Most of the mass of a proton or neutron is the result of the strong interaction energy; the individual quarks provide only about 1% of the mass of a proton. At the range of 10−15 m (1 femtometer, slightly more than the radius of a nucleon), the strong force is approximately 100 times as strong as electromagnetism, 106 times as strong as the weak interaction, and 1038 times as strong as gravitation. In the context of atomic nuclei, the force binds protons and neutrons together to form a nucleus and is called the nuclear force (or residual strong force).
Тарих
1971 жылға дейін физиктер атом ядросының қалай байланысқанын білмей қалды. Ядроның протон мен нейтроннан тұратыны, протонның оң электр заряды бар екені, ал нейтронның электрлік бейтарап екені белгілі болды. Физиканың сол кездегі түсінігі бойынша, оң зарядтар бір-бірін итеріп шығаруы керек еді, сондықтан оң зарядты протон ядроны ыдыратуы тиіс еді. Бірақ, мұндай нәрсе ешқашан байқалған жоқ. Осы құбылысты түсіндіру үшін жаңа физика қажет болды. Протонның өзара электромагниттік итерілісіне қарамастан, атом ядросының қалай байланысқа түскенін түсіндіру үшін күшті тартым күші болжалды. Бұл күш ядро құрамына кіретін протон мен нейтронға әсер ететін негізгі күш деп саналды. 1964 жылы Мюррей Гелл-Манн және жеке Джордж Цвайг бариондар, соның ішінде протон мен нейтрон, және мезондар элементар бөлшектерден тұрады деген гипотеза ұсынды. Цвайг бұл элементар бөлшектерді "эйстер" (aces) деп атады, ал Гелл-Манн оларды "кварктар" деп атады; бұл теория кварк моделі деп аталды. Нуклондар арасындағы күшті тартым, кварктарды протон мен нейтронға біріктіретін негізгі күштің жанама салдары болды. Кванттық хромодинамика теориясы кварктардың "түс заряды" бар екенін түсіндіреді, бірақ ол көзге көрінетін түстермен ешқандай қатысы жоқ. Кварктардың әртүрлі түс зарядтары күшті өзара әрекеттесу нәтижесінде бір-біріне тартылады, ал осы өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін бөлшекті глюон деп атады.
Before 1971, physicists were uncertain as to how the atomic nucleus was bound together. It was known that the nucleus was composed of protons and neutrons and that protons possessed positive electric charge, while neutrons were electrically neutral. By the understanding of physics at that time, positive charges would repel one another and the positively charged protons should cause the nucleus to fly apart. However, this was never observed. New physics was needed to explain this phenomenon. A stronger attractive force was postulated to explain how the atomic nucleus was bound despite the protons' mutual electromagnetic repulsion. This hypothesized force was called the strong force, which was believed to be a fundamental force that acted on the protons and neutrons that make up the nucleus. In 1964, Murray Gell Mann, and separately George Zweig, proposed that baryons, which include protons and neutrons, and mesons were composed of elementary particles. Zweig called the elementary particles "aces" while Gell Mann called them "quarks"; the theory came to be called the quark model. The strong attraction between nucleons was the side effect of a more fundamental force that bound the quarks together into protons and neutrons. The theory of quantum chromodynamics explains that quarks carry what is called a color charge, although it has no relation to visible color. Quarks with unlike color charge attract one another as a result of the strong interaction, and the particle that mediates this was called the gluon.
Қуатты өзара әрекеттесудің мінез-құлқы
Қуатты өзара әрекеттесу екі диапазонды байқалады және әрқайсысында әртүрлі күш тасымалдаушылар арқылы орындалады. 0,8 фм-ден кіші масштабта (шамамен нуклон радиусы) күш глюондармен тасымалданып, кварктарды біріктіріп, протондар, нейтрондар және басқа адрондарды құрайды. Үлкен масштабта, шамамен 3 фм-ге дейін, күш мезондармен тасымалданып, нуклонды (протон және нейтронды) біріктіріп, атом ядросын құрайды. Алғашқы жағдайда, бұл көбінесе "түс күші" деп аталады және ол соншалықты күшті, егер адрондар жоғары энергиялы бөлшектерге шағылысса, олар өз құрамдас бөліктерін (кварктар мен глюондарды) еркін қозғалатын бөлшектер ретінде шығарудың орнына, массивті бөлшектердің ағындарын жасайды. Күштің бұл қасиеті "түс тұтқынуы" деп аталады. + Күшті өзара әрекеттесудің екі қабаты Өзара әрекеттесу диапазоны ұсталып тұрған тасымалдаушы нәтижесі Күшті күш < 0,8 кварк глюон адрон Қалдық күшті күш 1 адрон мезон ядро.
The strong interaction is observable at two ranges, and mediated by different force carriers in each one. On a scale less than about 0.8 fm (roughly the radius of a nucleon), the force is carried by gluons and holds quarks together to form protons, neutrons, and other hadrons. On a larger scale, up to about 3 fm, the force is carried by mesons and binds nucleons (protons and neutrons) together to form the nucleus of an atom. In the former context, it is often known as the color force, and is so strong that if hadrons are struck by high energy particles, they produce jets of massive particles instead of emitting their constituents (quarks and gluons) as freely moving particles. This property of the strong force is called color confinement. + Two layers of strong interaction Interaction range held carrier result Strong < 0.8 quark gluon hadron Residual Strong 1 hadron meson nucleus
Адронның ішінде
"Күшті" сөзі күшті өзара әрекеттесудің төрт негізгі күштің ішінде ең "күштісі" болғандықтан қолданылады. 10−15 м қашықтықта оның күші электромагниттік күштен 100 есе, әлсіз күштен 106 есе, ал гравитациядан 1038 есе артық. Күшті күш кванттық хромодинамика (QCD) арқылы сипатталады, ол бөлшектер физикасының Стандартты моделінің бір бөлігі. Математикалық тұрғыдан алғанда, QCD – бұл SU(3) деп аталатын жергілікті (гаузельді) симметрия тобына негіделген абельдік емес гаузель теориясы. Күшті өзара әрекеттесудің күш тасымалдаушы бөлшегі – глюон, массасыз гаузельдік бозон. Глюондар кварктармен және басқа глюондармен "түс заряды" деп аталатын заряд түрі арқылы өзара әрекеттеседі деп есептеледі. Түс заряды электромагниттік зарядқа ұқсас, бірақ ол бір емес, үш түрге (±қызыл, ±жасыл және ±көк) келеді, бұл әртүрлі мінез-құлық ережелеріне әкеледі. Бұл ережелерді кванттық хромодинамика (QCD), кварк-глюон өзара әрекеттесу теориясы сипаттайды. Электромагнетизмдегі фотон бейтарап болғанымен, глюон түс зарядын тасымалдайды. Кварктар мен глюондар – түс зарядын тасымалдайтын жалғыз фундаменталды бөлшектер, сондықтан олар тек бір-бірімен күшті өзара әрекеттесуге қатысады. Күшті күш – глюонның басқа кварк және глюон бөлшектерімен өзара әрекеттесуінің көрінісі. QCD-дағы барлық кварктар мен глюондар күшті күш арқылы өзара әрекеттеседі. Өзара әрекеттесудің күші күшті байланыс тұрақтысымен параметрленеді. Бұл күш бөлшектің түс зарядымен, топтық теориялық қасиетімен өзгереді. Күшті күш кварктар арасында әрекет етеді. Басқа барлық күштерден (электромагниттік, әлсіз және гравитациялық) айырмашылығы, күшті күш кварк жұптары арасындағы қашықтық артқан сайын күшінен кемімейді. Шектеулі қашықтыққа (шамамен адронның мөлшері) жеткеннен кейін, кварктар арасындағы қашықтық қаншалықты алыс болса да, ол шамамен 10000 күшінде қалады.
The word strong is used since the strong interaction is the "strongest" of the four fundamental forces. At a distance of 10−15 m, its strength is around 100 times that of the electromagnetic force, some 106 times as great as that of the weak force, and about 1038 times that of gravitation. The strong force is described by quantum chromodynamics (QCD), a part of the Standard Model of particle physics. Mathematically, QCD is a non abelian gauge theory based on a local (gauge) symmetry group called SU(3). The force carrier particle of the strong interaction is the gluon, a massless gauge boson. Gluons are thought to interact with quarks and other gluons by way of a type of charge called color charge. Color charge is analogous to electromagnetic charge, but it comes in three types (±red, ±green, and ±blue) rather than one, which results in different rules of behavior. These rules are described by quantum chromodynamics (QCD), the theory of quark–gluon interactions. Unlike the photon in electromagnetism, which is neutral, the gluon carries a color charge. Quarks and gluons are the only fundamental particles that carry non vanishing color charge, and hence they participate in strong interactions only with each other. The strong force is the expression of the gluon interaction with other quark and gluon particles. All quarks and gluons in QCD interact with each other through the strong force. The strength of interaction is parameterized by the strong coupling constant. This strength is modified by the gauge color charge of the particle, a group theoretical property. The strong force acts between quarks. Unlike all other forces (electromagnetic, weak, and gravitational), the strong force does not diminish in strength with increasing distance between pairs of quarks. After a limiting distance (about the size of a hadron) has been reached, it remains at a strength of about 10000, no matter how much farther the distance between the quarks.
Адрондардың арасында
Түсті шектеу күшті күштің байланысқан кварктар (адрондар) жинақтарындағы кварктар жұбы арасында қашықтыққа қарамастан әрекет ететінін көрсетеді, бірақ протон радиусына жақым немесе одан асатын қашықтықта қалдық күш (төменде сипатталған) сақталады. Бұл қалдық күш қашықтықпен біршама жылдам азаяды, сондықтан өте қысқа радиусты (іс жүзінде бірнеше фемтометр) қамтиды. Ол «түссіз» адрондар арасындағы күш ретінде көрінеді және ядролық күш немесе қалдық күшті күш (тарихи тұрғыдан күшті ядролық күш) деп аталады. Ядролық күш мезон және барион деп аталатын адрондар арасында әрекет етеді. Бұл «қалдық күш» жанама түрде әрекет етеді, виртуалды π және ρ мезондарының құрамына кіретін глюондарды өткізеді, олар өз кезегінде нуклеондар арасындағы күшті өткізеді, бұл ядроны (сутек-1 ядросынан басқа) бірге ұстайды. Сондықтан қалдық күш – кварктарды протон мен нейтронға біріктіретін күштің шағын қалдығы. Бұл күш нейтрондар мен протондар арасында әлдеқайда әлсіз, себебі ол ішінде көбінесе бейтараптандырылады, дәл сол сияқты бейтарап атомдар арасындағы электромагниттік күштер (ван дер Ваальс күштері) электрондарды ядромен байланыста ұстап, атомдарды құрайтын электромагниттік күштерден әлдеқайда әлсіз болады. Күшті күштен айырмашылығы, қалдық күш қашықтықпен азаяды және оның азаюы шамалы. Азаюдың шамасы қашықтықтың теріс экспоненциалдық дәрежесіне жуық, бірақ оған қарапайым формула жоқ; Yukawa потенциалын қараңыз. Ядродағы протондар арасындағы тартылатын қалдық күштің қашықтықпен жылдам азаюы және итергіш электромагниттік күштің азырақ жылдам азаюы, 82-ден (мырыш элементі) жоғары атомдық саны бар атомдық ядролардың тұрақсыздығына себеп болады. Ядролық күш күшті өзара әрекеттесуден әлсіз болғанымен, ол әлі де жоғары энергетикалық: ауысулар гамма сәулелерін тудырады. Ядроның массасы жеке нуклеондардың жиынтық массасынан айтарлықтай өзгеше. Бұл масса дефекті ядролық күшпен байланысты потенциалдық энергияға байланысты. Масса дефектілерінің айырмашылығы ядролық синтез және ядролық бөлінуді қамтамасыз етеді.
While color confinement implies that the strong force acts without distance diminishment between pairs of quarks in compact collections of bound quarks (hadrons), at distances approaching or greater than the radius of a proton, a residual force (described below) remains. This residual force does diminish rapidly with distance, and is thus very short range (effectively a few femtometres). It manifests as a force between the "colorless" hadrons, and is known as the nuclear force or residual strong force (and historically as the strong nuclear force). The nuclear force acts between hadrons, known as mesons and baryons. This "residual strong force", acting indirectly, transmits gluons that form part of the virtual π and ρ mesons, which, in turn, transmit the force between nucleons that holds the nucleus (beyond hydrogen 1 nucleus) together. The residual strong force is thus a minor residuum of the strong force that binds quarks together into protons and neutrons. This same force is much weaker between neutrons and protons, because it is mostly neutralized within them, in the same way that electromagnetic forces between neutral atoms (van der Waals forces) are much weaker than the electromagnetic forces that hold electrons in association with the nucleus, forming the atoms. Unlike the strong force, the residual strong force diminishes with distance, and does so rapidly. The decrease is approximately as a negative exponential power of distance, though there is no simple expression known for this; see Yukawa potential. The rapid decrease with distance of the attractive residual force and the less rapid decrease of the repulsive electromagnetic force acting between protons within a nucleus, causes the instability of larger atomic nuclei, such as all those with atomic numbers larger than 82 (the element lead). Although the nuclear force is weaker than the strong interaction itself, it is still highly energetic: transitions produce gamma rays. The mass of a nucleus is significantly different from the summed masses of the individual nucleons. This mass defect is due to the potential energy associated with the nuclear force. Differences between mass defects power nuclear fusion and nuclear fission.
Біріктіру
Ұлы біріктірілген теориялар (GUT) күшті өзара әрекеттесуді және электрәлсіз өзара әрекеттесуді бір күштің екі жағы ретінде сипаттауға тырысады, дәл сол сияқты, электрмагниттік және әлсіз өзара әрекеттесулер Глашоу-Вайнберг-Салам моделі арқылы электрәлсіз өзара әрекеттесуге біріктірілгендей. Күшті өзара әрекеттесуде асимптотикалық бостандық деп аталатын қасиет бар, онда күшті күштің күші жоғары энергияларда (немесе температураларда) әлсірейді. Оның күші электрәлсіз өзара әрекеттесу күшіне тең болатын теориялық энергия – үлкен біріктіру энергиясы деп аталады. Дегенмен, осы процесті сипаттауға қабілетті Ұлы Біріктірілген теория әлі табылмады, сондықтан Ұлы Біріктіру физикадағы шешілмеген мәселе болып қала береді. Егер GUT дұрыс болса, Ұлы Жарылыстан кейін және ғаламның электрәлсіз дәуірінде электрәлсіз күш күшті күштен ажыратылған. Сәйкесінше, осыған дейін Ұлы Бірігу дәуірі болған деп есептеледі.
The so called Grand Unified Theories (GUT) aim to describe the strong interaction and the electroweak interaction as aspects of a single force, similarly to how the electromagnetic and weak interactions were unified by the Glashow–Weinberg–Salam model into electroweak interaction. The strong interaction has a property called asymptotic freedom, wherein the strength of the strong force diminishes at higher energies (or temperatures). The theorized energy where its strength becomes equal to the electroweak interaction is the grand unification energy. However, no Grand Unified Theory has yet been successfully formulated to describe this process, and Grand Unification remains an unsolved problem in physics. If GUT is correct, after the Big Bang and during the electroweak epoch of the universe, the electroweak force separated from the strong force. Accordingly, a grand unification epoch is hypothesized to have existed prior to this.