creatio ex nihilo

ศล
Location :
กรุงเทพ Thailand

[Profile ทั้งหมด]

ให้ทิปเจ้าของ Blog [?]
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
Smember
ผู้ติดตามบล็อก : 85 คน [?]




Group Blog
 
All Blogs
 
Friends' blogs
[Add ศล's blog to your web]
Links
 

 
the 4 interactions (Part II)

นี่คือตารางสรุปแรง หรือ interactions ชนิดต่าง ๆ อนุภาคนำพาแรงและอนุภาคที่เข้าไปเกี่ยวข้องกับมัน



ถ้าคุณตอบคำถาม 8 ข้อนี้ไม่ได้ กลับไปอ่าน Part I ก่อนนะครับ ลองตอบแบบทดสอบ ว่าแรงพื้นฐานชนิดใดที่ซ่อนอยู่ในแรงเหล่านี้บ้าง

1. แรงเสียดทาน?
แรงเสียดทานเกิดจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าตกค้าง (residual eletromagnetic interactions) ระหว่างอะตอมของสสาร 2 ชนิด

2. การยึดตัวของนิวเคลียร์ (Nuclear bonding)?
เกิดจากแรงตกค้างชนิดเข้ม (residual strong interaction) ระหว่างส่วนต่าง ๆ ภายในนิวเคลียส

3. วงโคจรของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ?
เกิดจากแรงโน้มถ่วงที่ยึดระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์

4. แรงชนิดใดบ้างที่กระทำกับนิวตริโน?
แรงชนิดอ่อนและแรงโน้มถ่วง

5. แรงชนิดใดมีอนุภาคนำพาแรงที่หนักมาก?
แรงชนิดอ่อน ได้แก่ W+ W- Z

6. แรงชนิดใดบ้างที่กระทำกับโปรตอนซึ่งอยู่ในตัวคุณ?
แรงทั้ง 4 ชนิด

7. อนุภาคนำพาแรงชนิดใดที่ไม่สามารถแยกไปอยู่โดดเดี่ยวได้? ทำไม?
กลูออน เพราะพวกมันขนประจุสี

8. อนุภาคนำพาแรงชนิดใดที่ไม่เคยสำรวจพบมาก่อน?
กราวิตอน แม้กลูออนจะไม่สำรวจพบมันโดดเดี่ยว แต่เราก็สามารถพบมันได้ทางอ้อม

หนึ่งในเรื่องมหัศจรรย์ทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่คือ อะตอมและอนุภาคในระดับเล็กกว่าอะตอมมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากอนุภาคที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวัน พวกมันไม่เหมือนลูกบอลเล็ก ๆ ที่กระเด้งกระดอนไปมา แต่พวกมันมีคุณสมบัติเหมือนคลื่น ทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานสามารถใช้คณิตศาสตร์อธิบายคุณลักษณะของอนุภาคเหล่านี้และแรงต่าง ๆ ได้ ขณะที่ความคุ้นเคยในชีวิตประจำวันอาจไม่ช่วยอธิบายอะไรในระดับจิ๋วนี้เลย

นักฟิสิกส์ใช้คำว่า "ควอนตั้ม" (quantum) ซึ่งหมายถึง "การแบ่งออกเป็นขั้น ๆ หรือช่วง ๆ" สำหรับอธิบายอนุภาคขนาดเล็กจิ๋ว (ระดับอะตอมหรือเล็กกว่าอะตอม) เพราะคุณสมบัติเฉพาะของอนุภาคเหล่านั้นมีค่าได้แค่บางค่า เป็นค่าที่ไม่ต่อเนื่อง อย่างเช่น คุณสามารถพบประจุได้เป็นจำนวนเต็มเท่าของประจุอิเล็กตรอนเท่านั้น (หรือ 1/3 และ 2/3 สำหรับคว๊าก) กลศาสตร์ควอนตั้ม (quantum mechanics) คือสิ่งที่ใช้อธิบายปฏิกิริยาระหว่างของอนุภาค



ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างหมายเลขควอนตั้ม (quantum number) ที่สำคัญบางตัวของอนุภาค

ประจุไฟฟ้าคว๊ากสามารถมีค่าประจุเป็น 2/3 หรือ 1/3 ของประจุอิเล็กตรอน แต่เวลามันรวมตัวกันเป็นอนุภาคอื่นค่าประจุรวมที่เกิดจากการรวมตัวของคว๊ากต้องเป็นจำนวนเต็มเท่าของประจุอิเล็กตรอน พูดง่าย ๆ ว่าอนุภาคที่มีประจุทุกชนิดยกเว้นคว๊ากจะมีจำนวนประจุเป็นจำนวนเต็มคูณกับประจุของอิเล็กตรอน

ประจุสีคว๊ากจะขนสีใดสีหนึ่งใน 3 สีเท่านั้น ส่วนกลูออนก็จะขนสีและสีตรงข้ามคู่ใดคู่หนึ่งใน 8 คู่ อนุภาคอื่นที่เหลือมีสีเป็นกลาง

รสเป็นสิ่งที่ทำให้คว๊ากแต่ละตัวแตกต่างจากตัวอื่น (เล็พตอนก็เช่นเดียวกัน)

การหมุน (spin) เป็นคุณสมบัติที่แปลกประหลาดแต่ก็มีความสำคัญมากทางฟิสิกส์ วัตถุขนาดใหญ่เช่นดวงเคราะห์หรือก้อนหินอาจจะมีโมเมนตัมเชิงมุมและสนามแม่เหล็กได้จากการหมุนของมัน อนุภาคขนาดเล็กก็มีโมเมนตัมเชิงมุมของมันเองและโมเมนต์แม่เหล็กค่าน้อย ๆ นักฟิสิกส์เรียกคุณสมบัตินี้ว่าการสปิน แต่อย่าเข้าใจว่าอนุภาคหมุนจริง ๆ นะ แค่เรียกว่าสปินเฉย ๆ อนุภาคจริง ๆ นั้นไม่หมุนหรอก และค่าสปินนี้ก็มีค่าไม่ต่อเนื่องเป็นช่วงๆเริ่มตั้งแต่ 0, 1/2, 1, 3/2 (คูณค่าคงที่ของพลังก์ = Planck's Constant = 1.055 x 10-34 Js)

เราใช้คุณสมบัติทางควอนตั้มของอนุภาคเป็นตัวแบ่งประเภทอนุภาคที่เราค้นพบ

กาลครั้งหนึ่ง นักฟิสิกส์เชื่อว่าไม่มีทางที่อนุภาค 2 ตัวซึ่งมีสถานะควอนตั้มเดียวกัน (หมายเลขควอนตั้มเท่ากันทุกตัว) จะอยู่ที่เดียวกันในเวลาเดียวกันได้ ซึ่งเราเรียกหลักการนี้ว่า "หลักการกีดกันของเพาลี" (Pauli Exclusion Principle) ต่อมามีการค้นพบว่ามีอนุภาคกลุ่มหนึ่งซึ่งไม่เป็นตามหลักการนี้ เราเรียกอนุภาคกลุ่มนั้นว่า "โบซอน" (boson) และเรียกลุ่มที่เป็นไปตามข้อจำกัดของเพาลีว่า "เฟอร์มิออน" (fermion)

ลองจินตนาการว่ามีครอบครัวใหญ่ของเฟอร์มิออนที่เหมือนกันทุกประการเข้าพักค้างคืนในเฟอร์มิออนโมเต็ล และก็มีครอบครัวใหญ่อีกเช่นกันของโบซอนที่เหมือนกันทุกประการเข้าพักค้างคืนในโบซอนอินน์ เฟอร์มิออนเป็นพวกชอบทะเลาะกัน ดังนั้นพวกมันจะไม่ยอมแบ่งห้องพักให้กับตัวอื่น ไม่ใช่แค่ไม่ยอมแบ่งนะ ตอนเลือกห้องพักพวกมันจะเลือกห้องที่ไกลที่สุดจากห้องที่มีเฟอร์มิออนตัวอื่นครอบครองอยู่ก่อนด้วยเสมอ ผิดกับครอบครัวโบซอนที่ยินดีแบ่งห้องให้กับตัวอื่นอยู่ด้วย (แม้ว่าเฟอร์มิออนจะเป็นผู้เช่าห้องที่จิตใจคับแคบ แต่เจ้าของโรงแรมส่วนใหญ่ก็ดูเหมือนพอใจทำธุรกิจกับเฟอร์มิออนมากกว่า บางโรงแรมปฏิเสธไม่ให้โบซอนเข้าพักเลยด้วยซ้ำ!)



เฟอร์มิออนคืออนุภาคที่มีเลขสปินเป็นครึ่งของจำนวนคี่ (เช่น 1/2, 3/2,...) คว๊ากและเล๊พตอนและเกือบทั้งหมดที่ประกอบจากมันเช่นโปรตอนและนิวตรอน เป็น เฟอร์มิออน ด้วยเหตุผลที่ไม่มีใครทราบกระจ่างชัดว่าทำไมกลุ่มเฟอร์มิออนซึ่งมีเลขสปินเป็นเศษส่วนที่มีเศษเป็นจำนวนคี่จึงเป็นไปตามหลักข้อจำกัดของเพาลี ไม่ยินยอมให้มีอนุภาคที่มีชุดหมายเลขควอนตั้มเดียวกันอยู่ที่เดียวกันในเวลาเดียวกัน

โบซอนคืออนุภาคที่มีเลขสปินเป็นจำนวนเต็ม (เช่น 0,1,2,...) อนุภาคนำพาแรงทุกตัวเป็นโบซอนและอนุภาคซึ่งประกอบด้วยเฟอร์มิออนเป็นจำนวนคู่เช่นเมซอนก็เป็นโบซอน สำหรับกราวิตอนนั้นมีการทำนายว่ามีสปินเท่ากับ 2



ส่วนนิวเคลียสของอะตอมนั้นจะเป็นเฟอร์มิออนหรือโบซอนก็ขึ้นอยู่กับผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเป็นเลขคี่หรือเลขคู่ตามลำดับ ปัจจุบันนักฟิสิกส์พบว่าการที่นิวเคลียสเป็นโบซอนนั้นทำให้อะตอมมีคุณสมบัติที่แปลกประหลาดภายใต้บางเงื่อนไข อย่างเช่นกรณีฮีเลี่ยมที่เย็นมาก (very cold helium) ฮีเลี่ยมที่มีนิวเคลียสเป็นโบซอน (2 นิวตรอนและ 2 โปรตอน) จะไม่จับตัวเป็นผลึกแม้ว่าเราจะลดอุณหภูมิให้ต่ำเกือบศูนย์องศาสัมบูรณ์ มันจะกลายเป็น "ของไหลยิ่งยวด" (superfluid) ซึ่งเป็นของเหลวที่มีคุณสมบัติพิสดารเช่น ไม่มีความเหนียว ไม่มีแรงตึงผิว

สำหรับคุณที่อ่านมาถึงบรรทัดนี้คงรู้คำตอบของ 2 คำถามหลักนี้ดีแล้ว "โลกเราสร้างมาจากอะไร?" และ "อะไรที่ยึดมันไว้ด้วยกัน?" ทุกสิ่งสร้างจากคว๊าก 6 ชนิดและเล็พตอน 6 ชนิด ทุกสิ่งที่เราเห็นสร้างมาจากคว๊ากและเล็พตอนทั้งนั้น และมีแรงพื้นฐาน 4 ชนิด ซึ่งมีอนุภาคนำพาแรง 4 ชนิดที่สอดคล้องกับแต่ละแรง





Create Date : 12 กรกฎาคม 2551
Last Update : 12 กรกฎาคม 2551 20:18:45 น. 0 comments
Counter : 1409 Pageviews.

ชื่อ : * blog นี้ comment ได้เฉพาะสมาชิก
Comment :
  *ส่วน comment ไม่สามารถใช้ javascript และ style sheet
 
 Pantip.com | PantipMarket.com | Pantown.com | © 2004 BlogGang.com allrights reserved.