再談四種基本力

2021-09-08 13:55:46 字數 1949 閱讀 8063

一,萬有引力(引力子)

概念:萬有引力是任意兩個物體或兩個粒子間的與其質量乘積相關的吸引力,自然界中最普遍的力,簡稱引力。在粒子物理學中則稱引力和強力、弱力、電磁力合稱4種基本相互作用。引力是其中最弱的一種,兩個質子間的萬有引力只有它們間的電磁力的1/1035 ,質子受地球的引力也只有它在乙個不強的電場1000伏/公尺的電磁力的1/1010。因此研究粒子間的作用或粒子在電子顯微鏡和加速器中運動時,都不考慮萬有引力的作用 。

作用物件:任何物體之間都有相互吸引力,這個力的大小與各個物體的質量成正比例,而與它們之間的距離的平方成反比

作用原理:兩個物體之間的引力可以歸結為構成這兩個物體的粒子之間的引力子交換。為了傳遞引力,引力子必須永遠相吸、作用範圍無限遠及以無限多的型態出現。在量子力學中,引力子被定義為乙個自旋為2、質量為零的玻色子。

作用範圍:無限大,作用力大小與它們之間的距離的平方成反比

二,弱相互作用(w及z玻色子)

概念:在粒子物理學的標準模型中,弱相互作用的理論指出,它是由w及z玻色子的交換(即發射及吸收)所引起的,由於弱力是由玻色子的發射(或吸收)所造成的,所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變,它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定,由於z及w玻色子比質子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做「弱」,是因為β衰變發生的概率比強相互作用低很多,表示它的一般強度比電磁及強核力弱好幾個數量級。大部分粒子在一段時間後,都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外,它還會破壞宇稱對稱及cp對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種「味」之間互換。

作用物件:它只作用於電子、夸克層子、中微子(杜真子)等費公尺子

作用原理:它是由w及z玻色子的交換(即發射及吸收)所引起的。

作用範圍:10的負18次方(公尺)

三,電磁相互作用(光子)

概念:它是帶電粒子與電磁場的相互作用以及帶電粒子之間通過電磁場傳遞的相互作用,強度上僅次於強相互作用而居於四種相互作用的第二位。

作用物件:帶電粒子之間(帶電粒子在物理學是指帶有電荷的粒子。它可以是離子,像是有多餘或欠缺電子的分子,或原子與質子的聯絡。它也可以是電子或質子本身,或是其它的基本粒子,像是正電子。它也可能是沒有電子的原子核,像是α粒子、氦核。中子沒有電荷,所以除非它們是帶正電的原子核的一部分,否則他們不是帶電粒子。等離子是原子核和電子分開的帶電粒子的集合體,但也可以是含有大量帶電粒子的氣體。等離子因為性質和固體、液體和氣體都不同,所以被稱為物質的第四態。

在電磁學裡,電磁場(electromagnetic field)是一種由帶電物體產生的一種物理場。處於電磁場的帶電物體會感受到電磁場的作用力。

作用原理:量子電動力學(它研究的物件是電磁相互作用的量子性質(即光子的發射和吸收)、帶電粒子的產生和湮沒、帶電粒子間的散射、帶電粒子與光子間的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固體物理、核物理和粒子物理各個領域中的電磁相互作用的基本原理。量子電動力學確立後,確認光子是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。帶電粒子通過發射或吸收光子而相互作用,正反帶電粒子對可湮沒轉化為光子,它們也可以在電磁場中產生。)

作用範圍:無限大

四,強相互作用(膠子)

概念:強相互作用(strong interaction)是自然界四種基本相互作用中最強的一種。最早研究的強相互作用是核子(質子或中子)之間的核力,它是使核子結合成原子核的相互作用。自2023年發現與核子作用的π介子以後,實驗中陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子,這些粒子統稱為強子。

作用物件:強子之間(質子和中子和π介子等都是強子,強子由夸克組成)

作用原理:解釋強相互作用的規範理論是量子色動力學。強作用是一種色相互作用,具有色荷的夸克所具有的相互作用,色荷通過交換8種膠子而相互作用。強相互作用克服了電磁力產生的強大排斥力,把質子和中子緊緊粘合為原子核。強相互作用力是組成強子的夸克之間通過一些稱為膠子的規範粒子場傳遞作用。

總結:帶色荷的粒子具有強相互作用。(通過交換膠子)

作用範圍:10的負15次方(公尺)

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