xunjie的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/xunjie

博文

强相互作用有多强?答:夸克间的强相互作用力是16吨。

已有 32438 次阅读 2014-12-28 16:45 |系统分类:科普集锦

我们知道原子由质子,中子和电子组成。

质子,中子又由夸克组成。夸克们由强相互作用紧紧束缚在一起。那么这个作用力到底有多强呢?

答案是16吨,当然,物理老师说吨是质量单位,牛顿()才是力的单位,那么我们该说成16万牛顿好了。

 

这个作用力是恒定的,不像两块磁铁的吸引力,距离越小吸引力越大。夸克之间拉开一点,吸力还是那么大,就像一根收缩力恒定的橡皮筋系在它们之间。但是要注意了,如果拉得太开的话,这根橡皮筋会崩断。拉得多开的时候会崩断呢,粒子物理里面说这个尺度叫Lambda QCD,等于217MeV

MeV是一个大家不熟悉的单位,不过可以转化一下,转化成大家比较熟悉的“纳米”,1纳米等于十亿分之一米。

1MeV=5068/纳米,注意不是5068纳米,是5068除以纳米。Lambda QCD是一个长度的倒数,不是长度。所以你还需要倒回来。

所以这根橡皮筋最长可以拉到

1/(217MeV)=0.0000009纳米

然后就会崩断。

崩断以后呢,断处又会现成两个夸克,分别形成两个夸克一条橡皮筋的结构。

就像初中里我们说一条磁铁摔断了,又会现成新的南极和北极,变成两条磁铁。

 

下面的阅读需要有一定物理知识背景

————————————————————————————

我是看wikipedia偶然看到的这么一段话,才想到写这个的:

As any two electrically charged particles separate, the electric fields between them diminish quickly, allowing (for example) electrons to become unbound from atomic nuclei. However, as aquark-antiquark pair separates, the gluon field forms a narrow tube (or string) of color field between them. This is quitedifferent from the behavior of the electric field of a pair of positive andnegative electric charges, which extends into the whole surrounding space anddiminishes at large distances.

Because of this behavior of the gluonic field,a strong force between the quark pair acts constantly—regardless of theirdistance[3][4]with a strength of around 160,000 newtons, corresponding tothe weight of 16 tons.

下面我们来估计算一下为什么是16吨。

考虑我们将两个夸克的束缚态拉开。比如pi介子就是两个夸克的束缚态,它的质量是(pi介子质量:135 MeV),拉得足够长以后,这个体系倾向于现成新的夸克对,因为这样能量更小。

所以橡皮筋崩断以后,一个pi介子变成了两个,需要增加135MeV=2.16×10-11J的能量。

能量除以橡皮筋长度就是作用力了。

这么算出来是2.4吨,跟16吨差了六七倍。不过因为模型很粗糙,能在同一个数量级即可。而且你可以换成别的夸克束缚态算,比如质子就是三个夸克的束缚态。而且Lambda QCD的真正定义也不是橡皮筋崩断时的临界长度。




https://blog.sciencenet.cn/blog-2297225-854549.html


收藏 IP: 80.153.42.*| 热度|

2 李颖业 lrx

该博文允许实名用户评论 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-13 23:53

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部