导读:量子力学体系下有两种力,一种是强力,一种是弱力。一起来认识一下。本文共计1800多字。需要10分钟阅读时间。

粒子尺度下的两种力。我们先来说说弱相互作用。我们现在知道了弱相互作用的理论指出,它是由W及Z玻色子的交换(即发射或吸收)所引起的,由于弱力是由玻色子的发射(或吸收)所造成的,所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变,它是放射性的一种表现。
重的粒子性质不稳定,由于Z及W玻色子比质子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”,是因为它的一般强度,比电磁及强核力弱好几个数量级。

大部份粒子在一段时间后,都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外,它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换,这一点本身就说明了她与强相互作用力关系密切。
由于弱相互作用载体粒子(W及Z玻色子)质量很大(约 90 GeV/c2),所以他们的寿命很短:平均寿命约为 3 × 10-25【10负25次方】秒。
弱相互作用的耦合常数(相互作用强度的一个指标)介乎10?7【10的负7次方】与10?6【10的负6次方】之间,而相比下,强相互作用的耦合常数约为1,故就强度而言,弱相互作用是弱的。
弱相用作用的作用距离很短(约为10?17–10?16m)。在大约10?18米的距离下,弱相互作用的强度与电磁大约一致;但在大约3×10?17的距离下,弱相互作用比电磁弱一万倍。

在标准模型中,弱相互作用会影响所有费米子,还有希格斯玻色子;弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。弱相互作用并不产生束缚态(它也不需要束缚能)——引力在天文距离下这样做,电磁力在原子距离下这样做,而强核力则在原子核中这样做。
她最明显的过程是由第一项特点所造成的:味变。比方说,一个中子比一个质子(中子的核子拍档)重,但它不能在没有变味(种类)的情况下衰变成质子,它两个“下夸克”中的一个需要变成“上夸克”。由于强相互作用和电磁相互作用都不允许味变,所以它一定要用弱相互作用;没有弱相互作用的话:夸克的特性,如奇异及魅(与同名的夸克相关),会在所有相互作用下守恒。因为弱衰变的关系,所以所有介子都不稳定。在β衰变这个过程下,中子里面的“下夸克”,会发射出一个虚W?玻色子,它随即衰变成一电子及一反电中微子。

由于玻色子的大质量,所以弱衰变相对于强或电磁衰变,强度是比较低的,因此发生得比较慢。例如,一个中性π介子在通过电磁衰变时,寿命约为10-16秒;而一个带电π介子的通过弱核力衰变时,寿命约为10-8秒,是前者的一亿倍。相比下,一个自由中子(通过弱相互作用衰变)的寿命约为15分钟。
接下来我看看最后一种力,强相互作用力。最早研究的强相互作用是核子(质子或中子)之间的核力,它是使核子结合成原子核的相互作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后,实验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子,这些粒子统称为强子。作用距离第二短的。
核子之间的核力就是强相互作用。她抵抗了质子之间的电磁力,把质子和中子牢牢束缚在原子核内,保证了原子核内部的稳定。 随着研究的深入,我们知道了,强相互作用力跟夸克,胶子有密切关系。
也就是后来发现质子和中子都不是基本粒子,都是由更小的夸克粒子所组成。最基本作用力是将夸克束缚在质子和中子中的作用力,核子之间的强作用力其实是上述作用力的副作用。量子色动力学解释夸克中带有一种称为色荷的物质(色荷和肉眼可见的颜色没有任何关系)。带有不同色荷的夸克因着强相互作用会互相吸引,其中的介质是一种称为胶子的粒子。

可以这样通俗的说,是胶子将夸克组合为强子。所以她是一种复合粒子。我们对于夸克的了解,就是通过强子来间接了解的。还不是直接观测夸克的。这个我在一开始写这本书的时候,提到过。
强相互作用比其他三种基本作用有更大的对称性,也就是说,在强相互作用中有更多的守恒定律。强相互作用不像引力和电磁相互作用那样是长程力而是短程力。但是它的力程比弱相互作用的力程长,约为10-15 m 。大约等于原子核中核子间的距离。

四种力,我已经给大家介绍完了。即使我找更多的资料,让大家的理解和认识,也远远不够。
我们所认知的四种基本相互作用:强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用,引力。除去引力,另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学;电磁相互作用有量子电动力学,理论框架建立于1920到1950年间;弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一,通过希格斯机制产生质量,建立了弱电统一的量子规范理论,即GWS(Glashow, Weinberg, Salam)模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。
摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》