อันตรกิริยาอย่างเข้ม

ในฟิสิกส์ของอนุภาค อันตรกิริยาอย่างเข้ม เป็นกลไกที่รับผิดชอบต่อแรงนิวเคลียสอย่างเข้ม (หรือบางครั้งเรียกกันทั่วไปว่า แรงอย่างเข้ม, แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม, หรือ แรงสี) ที่ดึงดูดอนุภาคควาร์กมากกว่าหนึ่งตัว ให้รวมกันอยู่ในรูปของโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอะตอมได้ อันตรกิริยาอย่างเข้มเป็นหนึ่งในสี่ของแรงพื้นฐานจากธรรมชาติที่รู้จักกันดี แรงที่เหลือได้แก่ อันตรกิริยาอย่างอ่อน, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และ แรงโน้มถ่วง ทั้ง ๆ ที่มันจะทำงานที่ระยะห่างเพียงหนึ่งเฟมโตเมตร (10^-15 เมตร) มันก็เป็นแรงที่เข้มที่สุด คือประมาณ 100 เท่าของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า, หนึ่งล้านเท่าของอันตรกิริยาอย่างอ่อน และ 10³⁸ ของแรงโน้มถ่วง^[1] มันสร้างความมั่นใจในความเสถียรของสสารทั่วไป โดยการควบคุมพวกควาร์กให้รวมตัวกันเป็นอนุภาคแฮดรอน เช่นเป็นโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ใหญ่ที่สุดของมวลของสสารทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้น ส่วนใหญ่ของมวล-พลังงานของโปรตอนหรือนิวตรอนที่พบทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบของพลังงานสนามแรงอย่างเข้ม นั่นคือควาร์กแต่ละตัวจะมีส่วนประมาณ 1% ของมวล-พลังงานของโปรตอนเพียงหนึ่งตัวเท่านั้น

นืวเคลียสของอะตอมฮีเลียม โปรตอนสองตัวมีประจุเท่ากัน แต่ยังคงติดอยู่ด้วยกันเนื่องจากแรงของนิวเคลียสที่เหลือค้างอยู่

ประวัติ

ก่อนทศวรรษที่ 1970 นักฟิสิกส์มีความไม่แน่ใจเกี่ยวกับกลไกการยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอม เป็นที่รู้กันว่านิวเคลียสประกอบด้วยกลุ่มโปรตอนและกลุ่มนิวตรอนและรู้อีกด้วยว่าโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกในขณะที่มีนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้​​า อย่างไรก็ตามข้อเท็จจริงเหล่านี้ดูเหมือนจะขัดแย้งซึ่งกันและกัน โดยการทำความเข้าใจทางฟิสิกส์ในเวลานั้นประจุบวกจะผลักกันเองและนิวเคลียสจึงควรจะขาดเป็นเสี่ยง ๆ แต่สิ่งนี้ก็ยังไม่เคยพบเห็น ฟิสิกส์ใหม่จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้

แรงดึงดูดที่แข็งแกร่งถูกตั้งสมมติฐานเพื่ออธิบายวิธีการที่นิวเคลียสของอะตอมถูกมัดเข้าด้วยกันแม้ว่าจะมีแรงผลักแม่เหล็กไฟฟ้าร่วมกันของโปรตอน แรงตามสมมติฐานนี้ถูกเรียกว่าแรงเข้ม ซึ่งเชื่อกันว่าจะเป็นแรงพื้นฐานที่กระทำต่อโปรตอนและนิวตรอนที่สร้างนิวเคลียสขึ้นมา

การเชื่อมโยงพิ้นฐานของอันตรกิริยาอย่างเข้ม จากซ้ายไปขวา การกระจายกลูออน, การแยกกลูออนและการเชื่อมด้วยตัวเองของกลูออน

มันมีการค้นพบต่อมาว่าโปรตอนและนิวตรอนไม่ใช่อนุภาคพื้นฐาน แต่ถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคที่เป็นเนื้อแท้ที่เรียกว่าควาร์ก แรงดึงดูดที่แข็งแกร่งระหว่างนิวคลีออนด้วยกันเป็นผลข้างเคียงของแรงพื้นฐานที่ยึดเหนี่ยวควาร์กไว้ด้วยกันในตัวโปรตอนและตัวนิวตรอน ทฤษฎีควอนตัม chromodynamics อธิบายว่าควาร์กมีในสิ่งที่เรียกว่าประจุสี แม้ว่ามันจะไม่มีความสัมพันธ์ใด ๆ กับสีที่มองเห็นได้^[2] ควาร์กที่มีประจุสีต่างกันจะดึงดูดซึ่งกันและกันอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งได้รับการไกล่เกลี่ยโดยอนุภาคที่เรียกว่า กลูออน

อ้างอิง

1. ความเข้มสัมพันธ์ของอันตรกิริยาจะแปรตามระยะทาง ตัวอย่างเช่น ดูจากข้อเขียนของ Matt Strassler, "The strength of the known forces".
2. Feynman, R. P. (1985). QED: ทฤษฎีประหลาดของแสงและสสาร Princeton University Press. p. 136. ISBN 0-691-08388-6. นักฟิสิกส์ทึ่ม ไม่สามารถหาคำศัพท์ในภาษากรีกที่สวยได้อีกแล้ว จึงเรียกการโพลาไรเซชันชนิดนี้อย่างน่าสงสารว่า 'สี' ซึ่งไม่เกี่ยวอะไรกันกับสีในความหมายทั่วไป