強い核力は、ご想像のとおり、非常に強い力です。それは非常に強力で、宇宙で最も小さな粒子のいくつかを非常に長い期間、おそらくは永遠に引き寄せることができます。強い力に束縛された粒子は、私たちの日常世界の構成要素である陽子と中性子を形成します。しかし、陽子や中性子を切り開いた場合、素粒子の素晴らしく単純な配置は見つかりません。代わりに、おそらく宇宙で最も複雑な力の1つの嫌な内面が表示されます。
陽子と中性子だけが強い力で作ることができるものではありませんが、私たちは他のより複雑でエキゾチックな配置を本当に理解していません。さらに、私たちの観察や実験でさえ、それ自体は非常に大ざっぱです。しかし、物理学者たちはこの自然の基本的な力に対する洞察をまとめようと努力しています。
強くて複雑
強い力を説明するには、はるかに有名ないとこである電磁力と対比するのが最善です。電磁力を使用すると、物事はシンプルで簡単で簡単です。 1900年代の科学者たちは、ほとんどの場合それを理解することができました。電磁力があれば、電荷と呼ばれる性質があればどんな粒子でもパーティに参加できます。この電荷があると、電磁力を感じて反応するようになります。そして、あらゆる種類のストライプとフレーバーのあらゆる種類の粒子は、あなたの庭の品種の電子のように電荷を帯びています。
別の粒子である軽い粒子（光子としても知られています）は、ある荷電粒子から別の荷電粒子に電磁力を伝達する働きをします。光子自体は独自の電荷を持たず、質量はありません。それは光速で移動し、宇宙を行き来し、電磁気学を起こします。
電荷。電磁力の単一のキャリア。シンプルでわかりやすい。
対照的に、強い核力を受ける6つの粒子があります。グループとして、それらはクォークとして知られており、上、下、上、下、奇妙で魅力的な十分に風変わりな名前を持っています。強い核力を感じてそれに反応するために、これらのクォークは彼ら自身の責任を持っています。これは電荷ではありませんが（電荷もあり、電磁力も感じます）、物事を本当に混乱させるさまざまな理由から、物理学者は強い核力に関連するこの特別な電荷を色電荷と呼んでいます。
クォークは、赤、緑、青と呼ばれる3つの色のいずれかです。明確にするために、それらは実際の色ではなく、この奇妙で電荷のような特性に与えるラベルにすぎません。
つまり、クォークは強い力を感じますが、正確には、他の8個の粒子全体によって運ばれます。彼らはグルーオンと呼ばれ、彼らは本当に素晴らしい仕事をしています...それを待って...クォークを一緒に接着します。グルーオンはたまたま、自分の色の電荷を運ぶ能力と欲求を持っています。そして、彼らは質量を持っています。
クォーク6個、グルオン8個。クォークはそれらの色の電荷を変えることができ、グルオンも変えることができます。
これはすべて、強い核力が電磁気の従兄弟よりもはるかに複雑で複雑であることを意味します。
奇妙に強い
うん、嘘をついた。物理学者たちは、クォークとグルオンのこの特性を「色の電荷」と呼んだだけではなく、それが便利だと考えたからです。赤、青、緑の光が白色光になるのと同じように、すべての色が白になる限り、グルオンとクォークは結合して大きな粒子を形成できます。最も一般的な組み合わせは3つのクォークで、それぞれ赤、緑、と青。しかし、ここでのアナロジーは少しトリッキーになります。これは、個々のクォークにいつでも任意の色を割り当てることができるためです。重要なのは、正しい組み合わせを得るためのクォークの数です。したがって、おなじみの陽子と中性子を作るために3つのクォークのグループを持つことができます。また、クォークをそのアンチクォークとバインドすることもできます。この場合、色はそれ自体で相殺されます（緑色とアンチグリーンのペアなど）。中間子として知られている一種の粒子。
しかし、それだけではありません。
理論的には、クォークとグルーオンの合計が白になる組み合わせは、技術的には許容されます。
たとえば、2つの中間子（それぞれ内部に2つのクォークがある）は、結合してテトラクォークと呼ばれるものになる可能性があります。場合によっては、5番目のクォークをミックスに追加しても、ペンタクォークと呼ばれるすべての色のバランスをとることができます（ご想像どおり）。
テトラクォークは、技術的に単一の粒子に結合する必要さえありません。それらは単に互いに近くに存在することができ、いわゆる温水分子を作ります。
そして、これはどれほどクレイジーなのか：グルーオン自体は、粒子を作るためにクォークを必要としないかもしれない。単にグルーオンのボールがぶら下がっていて、宇宙で比較的安定している可能性があります。それらはグルーボールと呼ばれています。強い核力によって許容されるすべての可能な束縛状態の範囲は、クォーコニウムスペクトルと呼ばれ、それはSci-Fi TV番組のライターが作った名前ではありません。存在するかもしれないクォークとグルオンのあらゆる種類のクレイジーな潜在的組み合わせがあります。
彼らはそうですか？
クォークレインボー
多分。
物理学者はかなり長い間、数十年にわたって強力な核力実験を行ってきました。たとえば、ババー実験やラージハドロンコライダーでの実験など、数年かけてゆっくりと高エネルギーレベルを構築して、クォーコニウムスペクトルを深く調べています（そしてそうです）あなたが好きな文章やカジュアルな会話でそのフレーズを使用する私の許可があります、それは素晴らしいです）。これらの実験では、物理学者は多くのエキゾチックなクォークとグルオンのコレクションを発見しました。実験家は彼らにχc2（3930）のようなファンキーな名前を付けます。
これらのエキゾチックな潜在的粒子は一時的に存在するだけですが、多くの場合、決定的に存在します。しかし、物理学者はこれらの短時間に生成された粒子を、テトラクォークやグルーボールのように、私たちが存在しているはずの理論上の粒子に接続するのに苦労しています。
接続を確立することの問題は、数学が本当に難しいということです。電磁力とは異なり、強い核力を含む確かな予測を行うことは非常に困難です。それはクォークとグルオンの間の複雑な相互作用のためだけではありません。非常に高いエネルギーでは、強力な核力の力が実際に弱まり始め、数学が単純化されます。しかし、より低いエネルギーでは、安定した粒子を作るためにクォークとグルオンを結合するのに必要なエネルギーのように、強い核力は実際には非常に強いです。この増加した強さは数学を理解するのを難しくします。
理論物理学者はこの問題に取り組むためにたくさんのテクニックを考え出しましたが、テクニック自体は不完全であるか非効率的です。クォーコニウムスペクトルのこれらのエキゾチックな状態のいくつかが存在することはわかっていますが、それらの特性と実験的シグネチャを予測することは非常に困難です。
それでも、物理学者はいつものように一生懸命働いています。ゆっくりと、時間の経過とともに、コライダーで生成されたエキゾチックな粒子のコレクションを構築し、理論的なクォーコニウムの状態がどのようになるかについて、より良い予測を行っています。マッチがゆっくりと近づいてきており、私たちの宇宙におけるこの奇妙であるが根本的な力をより完全に示しています。
ポール・M・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学、 たくさんの 宇宙飛行士に聞く そして 宇宙ラジオ、作者 宇宙でのあなたの場所.
