הכוח הגרעיני החזק

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

הכוח הגרעיני החזק הוא אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע (הכוחות האחרים הם הכוח האלקטרומגנטי, הכח החלש וכוח הכבידה). הכוח החזק משמעותי בגדלים אופייניים של גרעין האטום, פמטומטר (‎10-15‎ מטרים). בסקלות אלו, בממוצע עוצמת הכוח החזק גדולה פי 100 מעוצמת הכוח האלקטרומגנטי, ובסדרי גודל רבים מהכח החלש וכוח הכבידה.

החלקיק אשר נושא את הכוח החזק הוא הגלואון, בצורה דומה לדרך שבה הכוח האלקטרומגנטי מועבר באמצעות פוטונים. התורה הפיזיקלית אשר מתארת את הכח החזק ואופן פעולתו נקראת כרומודינמיקה קוונטית (QCD). הכוח החזק פועל בשתי סקאלות עיקריות: ברמה הבסיסית ביותר (מרחקים קצרים מ-0.8 פמטומטר לערך) הוא מחבר קווארקים, שהם החלקיקים היסודיים ביותר בגרעין האטום, לפרוטונים ונייטרונים. כאשר הקווארקים מסודרים באופן כזה הם מבטלים את רוב הכח החזק (בדומה לדיפול חשמלי), והכוח מחוץ לפרוטונים ונייטרונים הוא כוח שיורי חלש יותר. במרחקים גדולים יותר (1-3 פמטומטר) הכוח החזק אחראי למשיכת הפרוטונים והנייטרונים הללו יחד ליצירת גרעין האטום.

אופן פעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

על-פי הכרומודינמיקה הקוונטית, כל קווארק נושא מטען צבע המופיע בשלושה סוגים: "אדום", "ירוק" ו"כחול". אלה רק כינויים ואין להם קשר לצבעים רגילים. לאנטי-קווארקים יש "אנטי-אדום", "אנטי-ירוק" או "אנטי-כחול". המשיכה בין צבע לאנטי-צבע שלו היא חזקה במיוחד. חלקיקים יכולים להתקיים אך ורק אם הצבע הכולל שלהם הוא נייטרלי ("לבן"). במילים אחרות, הם יכולים להיות מורכבים מ (אנטי-)אדום, (אנטי-)ירוק ו (אנטי-)כחול (חלקיק כזה נקרא באריון; חלקיקים כאלה הם, למשל, פרוטונים ונייטרונים), או מקווארק ואנטי-קווארק שיש להם צבע ואנטי-צבע תואמים (חלקיק שכזה נקרא מזון).

האינטראקציה החזקה פועלת בין קווארקים בהעברת חלקיקים הנקראים גלואונים. ישנם שמונה סוגים של גלואונים, וכל אחד מהם נושא מטען צבע ומטען אנטי-צבע.

כאשר נוצרת אינטראקציה בין זוגות של קווארקים הם משנים את צבעם ללא הרף, אך בדרך כזו שהצבע הכולל שלהם נשמר. אם, לדוגמה, קווארק אדום נמשך לקווארק ירוק בתוך באריון, גלואון הנושא צבע אנטי-ירוק ואדום ישתחרר מהקווארק האדום וייקלט בקווארק הירוק; כתוצאה מכך, הקווארק הראשון משתנה לירוק והשני לאדום (הצבע הכולל עדיין נשאר אדום+ירוק). אם קווארק כחול ואנטי-קווארק אנטי-כחול מגיבים בתוך מזון, גלואון הנושא, לדוגמה, אנטי-אדום וכחול יכול להשתחרר מהקווארק הכחול ולהקלט באנטי-כחול; כתוצאה, הקווארק הכחול הופך לאדום, והאנטי-קווארק האנטי-כחול הופך לאנטי-אדום (מטען הצבע הכולל נותר 0). אם שני קווארקים ירוקים מגיבים האחד עם השני בהחלפת גלואון הנושא צבע ירוק ואנטי-ירוק, הקווארקים נותרים ירוקים.

שלא כמו כוחות יסוד אחרים, האינטראקציה החזקה פועלת גם על נושאי הכוח עצמם, מכיוון שגלואונים נושאים גם הם מטען צבע. זה מוביל לטווח מוגבל מאוד של הכוח החזק (לא הרבה יותר מרדיוס של האדרון) על-אף שלגלואון אין מסה. יש לו גם השפעה מוזרה הגורמת לכך שהכוח מתחזק ככל שהמרחק בין קווארקים גדל. האפקט הזה מונע מאתנו לצפות בקווארקים חופשיים. ככל שהמרחק בין שני קווארקים גדל, כמות האנרגיה שבכוח ביניהם גדלה. אם הכוח הופך לחזק דיו, נוצרת מספיק אנרגיה ליצירת קווארקים חדשים. זו הסיבה שניתן לראות קווארקים רק בזוגות או בשלישיות ולעולם לא ביחידים. אנלוגיה העוזרת להסביר תופעה זו היא אנלוגיית הגומייה. אם נמתח את הגומייה חזק מספיק, יווצרו לנו שתי גומיות חדשות. כך הדבר עם קווארקים: תרחיק שני קווארקים אחד מהשני די הצורך, ושני קווארקים נוספים יווצרו.

התופעה בה אין אנו מסוגלים להפריד קווארקים נקראת ריתוק. ההשערה היא שהכוח הגרעיני החזק לא משפיע על קווארקים הקרובים מאוד האחד לשני, והם נעשים "חופשיים". תופעה זו נקראת חופש אסימפטוטי. גם פה אנלוגית הגומייה עוזרת להמחיש את התופעה. כאשר שני צידי הגומיה קרובים אחד לשני, לא פועל ביניהם כוח, וכל צד נע בלי קשר לתנועת הצד השני.

במסגרת המודל הסטנדרטי הכוח החזק מיוצג על ידי חבורת הכיול \ SU(3).

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]


ארבעת כוחות היסוד של הפיזיקה
הכוח הגרעיני החזק  ·  אלקטרומגנטיות ·  הכוח הגרעיני החלש  ·  כבידה