Shkenca e bërë e thjeshtë: Cila është forca e fortë bërthamore?

Forca e fortë luan një rol vendimtar në fizikën e grimcave duke mbajtur quarkët së bashku për të formuar protone dhe neutrone, dhe këto nga ana e tyre për të formuar bërthama. Krediti: SciTechDaily.com

Nga Departamenti Amerikan i Energjisë> Science Made Simple: What Is the Strong Nuclear Force?¹

Forca e fortë është thelbësore në fizikën e grimcave, duke lidhur grimcat subatomike si quarks në protone dhe neutrone, dhe këto në bërthama, pavarësisht nga forca elektromagnetike repulsive midis protoneve të ngarkuara njësoj.

Kjo forcë ndërmjetësohet nga gluonet dhe është veçanërisht më e fortë se elektromagnetizmi, por ajo vepron në distanca minuscule. DOE ka avancuar ndjeshëm kuptueshmërinë tonë për forcën e fortë nëpërmjet kërkimit dhe bashkëpunimit të gjerë, duke kontribuar në zbulimet e mëdha dhe eksplorimin e vazhdueshëm të Modelit Standard.

Forca e fortë është forca që mban së bashku grimcat subatomike për të formuar grimca subatomike më të mëdha. Është një nga tre forcat themelore në Modelin Standard të fizikës së grimcave²— forcat që nuk mund të reduktohen në një forcë edhe më të thjeshtë.

Në nivelin më të vogël, forca e fortë mban quarks³ së bashku për të formuar protone⁴ dhe neutrone⁵. Këto grimca më të mëdha përbëhen nga tre quarkë. Në një nivel më të madh, forca e fortë mban protonet dhe neutronet së bashku për të formuar bërthama⁶ atomike.

Struktura e Përshpejtuesit të Rrezeve të Vazhdueshme të Elektroneve (CEBAF) në Objektin Kombëtar të Përshpejtuesit Thomas Jefferson

Forca e fortë bartet nga gluonet. Gluonet janë një lloj bosoni⁷, grimcash që mbartin forca dhe lejojnë që këto forca të lëvizin nga grimca në grimcë.

Shkencëtarët fillimisht propozuan forcën e fortë sepse kishin nevojë për një shpjegim se përse forca elektromagnetike nuk bëri që bërthamat atomike të fluturonin në grimcat e tyre më themelore. Forca elektromagnetike është përgjegjëse për mënyrën se si grimcat me ngarkesë elektrike ndërveprojnë. Në një bërthamë atomike, forca elektromagnetike duhet të detyrojë protonet e ngarkuara pozitivisht veç e veç, sepse kanë të njëjtin ndryshim elektrik. Forca e fortë e kapërcen këtë efekt.

Fakte të Forcës së Fortë

• Forca e fortë është rreth 100 herë më e fortë se elektromagnetizmi.
• Forca e fortë ka ndikim vetëm në distanca shumë, shumë të vogla— ajo ndalon së punuari kur grimcat janë edhe një distancë e vogël larg njëra-tjetrës. Sa e vogël? Rreth 100.000 herë më i vogël se diametri i një atomi.
• Forca e fortë do të thotë se duhet kaq shumë energji për të tërhequr dy kuarkë të ndarë, saqë energjia lind dy kuarkë shtesë. Kjo është arsyeja pse quarkët janë gjithmonë të kombinuar me kuarkët e tjerë dhe nuk gjenden kurrë në izolim.
• Mësoni më shumë në këtë video fermilab mbi forcën e fortë dhe mësoni më shumë për të gjitha forcat në këtë video më të gjatë Fermilab⁸.

Forca e fortë bërthamore -video⁹.

• Lexoni historinë e Scientific American mbi kërkimet se si forca e fortë merr forcën e saj.

DOE Office of Science: Kontribute në modelin standard të fizikës së grimcave

DOE ka një histori të gjatë të mbështetjes së kërkimeve mbi grimcat themelore dhe forcat që i qeverisin ato. Pesë nga gjashtë llojet e quarkëve, një lloj leptoni dhe të tre neutrinot¹⁰ u zbuluan në institucionet që tani janë laboratorë kombëtarë DOE. Studiuesit e mbështetur nga Zyra e Shkencës e DOE, shpesh në bashkëpunim me shkencëtarë nga e gjithë bota, kanë kontribuar në zbulimet dhe matjet fituese të çmimit Nobel që rafinuan Modelin Standard.

Këto përpjekje vazhdojnë edhe sot. Shkencëtarët e mbështetur nga Zyra e Shkencës e DOE drejtojnë eksperimente që bëjnë teste precize të Modelit Standard dhe përmirësojnë më tej matjet e vetive të grimcave dhe ndërveprimet e tyre. Teoricienët punojnë me shkencëtarët eksperimentalë për të zhvilluar rrugë të reja për të eksploruar Modelin Standard duke përdorur përshpejtuesit e grimcave¹¹ dhe mjete të tjera. Ky hulumtim mund të japë gjithashtu një ide se çfarë lloj grimcash dhe forcash të panjohura mund të shpjegojnë materien e errët¹² dhe energjinë e errët¹³, si dhe çfarë ndodhi me antimaterin¹⁴ pas Big Bangut¹⁵.

–

Referenca

1. Science Made Simple: What Is the Strong Nuclear Force? ↩︎
2. Science Made Simple: What Is the Standard Model of Particle Physics? ↩︎
3. Science Made Simple: What Are Quarks and Gluons? ↩︎
4. Science Made Simple: What Are Protons? ↩︎
5. Science Made Simple: What Are Neutrons? ↩︎
6. Science Made Simple: What Are Atomic Nuclei? ↩︎
7. Science Made Simple: What Are Bosons and Fermions? ↩︎
8. Deep dive into the known forces ↩︎
9. The Strong Nuclear Force – YouTube ↩︎
10. Science Made Simple: What Are Neutrinos? ↩︎
11. Science Made Simple: What Are Particle Accelerators? ↩︎
12. Science Made Simple: What Is Dark Matter? ↩︎
13. Science Made Simple: What is Cosmic Acceleration and Dark Energy? ↩︎
14. https://scitechdaily.com/science-made-simple-what-is-cosmic-acceleration-and-dark-energy/ ↩︎
15. Science Made Simple: What Is Cosmology? ↩︎