弱相互作用都包括什麼（強相互作用到底是咋回事）

2023-04-21 04:24:53

話說在自然界中，存在著四種作用力，分別是引力、強相互作用、弱相互作用，電磁相互作用。

引力其實我們都很熟悉，它可以使地球繞著太陽轉。

而電磁相互作用也很常見，最直觀的就是磁鐵的磁力。實際上，電磁力遠比我們現象中的要廣泛，我們能看到東西是因為電磁力，摩擦力其實也是電磁力，支持力同樣還是電磁力。應該這麼說，日常我們所接觸的，除了引力，剩下的都是電磁力。

而平時我們很少接觸的，實際上也和我們息息相關的，就是強相互作用和弱相互作用，它們存在於原子核及以下的世界，這也是為什麼我們很少能夠接觸到它們的原因。

弱相互作用一般來說和衰變有關，常見的衰變就是一個中子發生衰變轉化為一個質子、一個電子並放一些能量。這也被我們叫做β衰變，就是通過弱相互作用實現的。

關於引力之前我們已經聊過了，電磁力和弱力我們之後再聊，這一期，我們先來聊一聊著四種作用中最強的強相互作用。

上個世紀，科學家通過對撞機一層一層剝開微觀世界，直到他們開始轟擊質子。科學家發現，質子是轟擊不開的，但是轟擊質子的過程中，會出現三個廣角散射。這說明，質子內部應該存在這三個點狀物。

我們後來就管這個叫做夸克。

科學家一共發現了6種夸克，分別是上夸克、下夸克、頂夸克、底夸克、奇異夸克、粲夸克，

在微觀世界裡，每種基本粒子都有自己自身固有的性質，就好像一個成年人的身高體重和性別一樣。粒子的三種內稟屬性分別是：質量、電荷和自旋。這裡的自旋和地球自轉是不同的。它具體指的叫做角動量，實際上角動量並不能連續變化。只能取0、1/2、1、3/2等值。這就好比人就只有男和女兩種性別可以選，不能有30%男，70%女這種說法。夸克的自旋量值是1/2。

至於電荷量，不同的夸克的電荷量是不同的，上夸克、粲夸克和頂夸克是 2/3，下夸克、奇異夸克和底夸克是-1/3。

至於質量，根據愛因斯坦的質能等價E=mc^2，我們用「能量/c^2」來表述粒子的質量。6種夸克的質量如下表，這裡的MeV其實就是能量單位。

以上其實是一般的基本粒子具備的三種特徵，而夸克其實還有一種特別的屬性，叫做色荷。和自旋不指代具體的旋轉，色荷其實也不代表色彩，只是為了識別，所用到的顏色分別是：紅、綠、藍。

由於六種夸克也被稱為六味，並且每一味都有對應的反粒子，所以，如果簡單概括夸克，就是：六味、三色、反粒成對。

你看，關於夸克的理論一套一套的，但實際上，我們壓根沒有見過自由的夸克。無論加速器如何去做對撞實驗都沒辦法獲得。因此，有很多人吐槽粒子物理標準模型的相關理論叫做唯象理論。

其實這或多或少帶有貶義，但客觀地說，根本不存在不是唯象理論的理論。畢竟，觀測水平高低決定了能看到什麼現象，這些太過哲學的探討，其實已經偏離了科學研究的主體，所以，就不多聊了。

面對這樣的局面，科學家也很無奈，他們管這個叫做夸克禁閉。說的就是夸克被關在了一個區域內的現象。

那這究竟是咋回事呢？

這其實和強相互作用有關，科學家一直試圖解釋這種現象。後來，他們找到了1954年由楊振寧和米爾斯發表的楊米爾斯理論。

這套理論實際上是楊振寧和米爾斯從麥克斯韋方程中獲得的靈感，從對稱性入手進行考慮，得出了楊米爾斯理論。而恰恰這個理論，可以解釋為什麼會存在「夸克禁閉」的現象。我們可以從熟悉引力說起，我們都知道，引力和距離的平方是成反比的。

兩個物體之間的距離越大，引力就越小。由5位科學家通過對楊米爾斯理論進行推導就發現，楊米爾斯理論在解釋強相互作用的機制時，可以得出一個和「引力」完全相反的結果，那就是隨著距離的增大，強相互作用反而會增大。後來，這5位科學家都拿到了諾貝爾獎。

對於這種現象，其實物理學家格羅斯曾經提出這樣的比喻：

強子（質子或者中子）內部的夸克，就好像小球之間拴了一條有彈性的高強度繩子，當小球靠得很近時，繩子是不受力的，小球可以自由移動，可是當小球之間的距離超過了繩子的長度，繩子就會拉住小球，你即使費再大的勁，也沒辦法把它拽得更遠。

這裡的繩子其實就是膠子，它是用來傳遞強相互作用的。

強相互作用的這種特點，也就導致了夸克只能被關在一定的區域內，說白了就是膠子把夸克束縛起來的。

另一種強相互作用

不過，這其實只是膠子傳遞的強相互作用只是強相互作用的其中一種，除了這種，還存在另外一種強相互作用，它是作用於原子核內部核子之間的，依靠的是介子來實現傳遞的。

這種強相互作用要比束縛夸克的強相互作用要小得多，而且還有一點不同，那就是這種強相互作用是隨著距離的增大而快速減小的。

因此，強相互作用有兩種，一種是把夸克束縛在一起的，一種是把核子束縛在一起的。它們的作用範圍要小於10^-15米。

至於夸克的質量問題以及物質的質量是咋來的，之前我們已經詳細聊過了，想知道的可以戳連結：尋找萬物的本源：質量從何而來？

關於強相互作用力，我們就說到這裡。

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