อันตรกิริยาพื้นฐาน

อันตรกิริยาพื้นฐาน (อังกฤษ: fundamental interaction; บางครั้งก็เรียกว่า แรงพื้นฐาน) ในทางฟิสิกส์ คือวิธีการที่อนุภาคชนิดเรียบง่ายที่สุดในเอกภพกระทำต่อกันและกัน อันตรกิริยานั้นจะถือว่าเป็นอันตรกิริยาพื้นฐานเมื่อมันไม่สามารถอธิบายในรูปแบบอันตรกิริยาอื่นใดได้อีก

มีอันตรกิริยาพื้นฐานอยู่ 4 ชนิดที่เรารู้จัก ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า อันตรกิริยาอย่างเข้ม อันตรกิริยาอย่างอ่อน (บางครั้งก็เรียกว่า แรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม กับ แรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อน) และแรงโน้มถ่วง แรงสามชนิดแรกนั้นสามารถอธิบายได้ในรูปแบบของกระบวนการคำนวณต่างๆ ด้วยทฤษฎีที่เรียกชื่อว่า ทฤษฎีการรบกวนของกลศาสตร์ควอนตัม โดยการพิจารณาการแลกเปลี่ยนโบซอนระหว่างอนุภาค

ตารางต่อไปนี้แสดงข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอันตรกิริยาแบบต่างๆ ค่าของแรงสัมพัทธ์และระยะที่มีผลที่แสดงในตารางนี้ จะมีความหมายก็ต่อเมื่ออยู่ในกรอบการพิจารณาทางทฤษฎีเท่านั้น พึงทราบด้วยว่าข้อมูลในตารางนี้อ้างอิงจากแนวคิดหลักซึ่งยังเป็นหัวข้อวิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่

ในฟิสิกส์แผนใหม่ อันตรกิริยาระหว่างอนุภาคมักจะอธิบายได้ในรูปของการแลกเปลี่ยนหรือการคายและดูดกลืนแบบต่อเนื่องของอะไรบางอย่างที่เรียกอนุภาคสนาม (field particles) หรือ อนุภาคแลกเปลี่ยน (exchange particles) ในกรณีอันตรกิริยาไฟฟ้าอนุภาคสนามก็คือ โฟตอน (photon) ในภาษาของฟิสิกส์แผนใหม่เรากล่าวว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีโฟตอนเป็นสื่อ (mediated) หรือพาหะ (carrier) และโฟตอนก็เป็นอนุภาคสนามของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นกัน แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มก็มีสื่อเรียก

     กลูออน (gluons) (ที่มีชื่อเช่นนี้ เพราะมัน “ยึดติด” นิวคลีออนไว้ด้วยกันเหมือนกาว) แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนมีอนุภาคสนามเป็นสื่อ ชื่อ W และ Z โบซอน (bosons) และแรงโน้มถ่วงมีอนุภาคสนามเป็นพาหะเรียก

     แกรวิตอน (gravitons) อันตรกิริยาเหล่านี้ พิสัยและความเข้มสัมพัทธ์ของมัน

อันตรกิริยา	ทฤษฎีที่ใช้อธิบาย	ตัวกลาง	ความแรงสัมพัทธ์[ก]	พฤติกรรมที่ระยะไกล	ระยะได้รับผล (เมตร)
อันตรกิริยาอย่างเข้ม	ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD)	กลูออน	1038	${\displaystyle {1}}$	≈ 10−15
แม่เหล็กไฟฟ้า	ควอนตัมอิเล็กโตรไดนามิกส์ (QED)	โฟตอน	1036	${\displaystyle {\frac {1}{r^{2}}}}$	∞
อันตรกิริยาอย่างอ่อน	ทฤษฎีอิเล็กโตรวีค	โบซอน W และ Z	1025	${\displaystyle {\frac {d}{dr}}\left({\frac {\exp(-m_{W,Z}r)}{r}}\right)}$	< 10−15
ความโน้มถ่วง	ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR)	กราวิตอน (ยังไม่ค้นพบ)	1	${\displaystyle {\frac {1}{r^{2}}}}$	∞

เชิงอรรถ

ก. ^{^} ความแรงสัมพัทธ์ (Relative strength) ดังกล่าวเป็นค่าโดยประมาณ เปรียบเทียบความแรงของอันตรกิริยาพื้นฐานชนิดต่าง ๆ เมื่อกำหนดให้แรงโน้มถ่วงมีค่าเป็น 1 (แรงที่แท้จริงเป็นไปตามอนุภาคและพลังงานที่เกี่ยวข้อง)

อ้างอิง

สำหรับผู้อ่านทั่วไป:

• พอล เดวีย์ (1986) The Forces of Nature, 2nd ed. Cambridge Univ. Press.
• ริชาร์ด ไฟน์แมน (1967) The Character of Physical Law. MIT Press. ISBN 0-262-56003-8
• Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things. Johns Hopkins University Press. While all interactions are discussed, especially thorough on the weak.
• สตีเฟน ไวน์เบิร์ก (1993) The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. Basic Books. ISBN 0-465-02437-8
• สตีเฟน ไวน์เบิร์ก (1994) Dreams of a Final Theory. Vintage Books. ISBN 0-679-74408-8

ตำรา:

• Padmanabhan, T. (1998) After The First Three Minutes: The Story of Our Universe. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-62972-1
• Perkins, Donald H. (2000) Introduction to High Energy Physics. Cambridge Univ. Press. ISBN 0-521-62196-8