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
 

 
การใช้ Feynman diagram แสดงภาพอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคในแบบจำลองมาตรฐาน

สวัสดีครับ
          เมื่อไม่กี่วันก่อน ผมคลิกมั่วไปมั่วมาเจอเว็บสอนวิธีวาดและอ่าน Feynman diagram อย่างง่าย เห็นว่าอ่านแล้วพอเข้าใจตามได้ไม่ยาก ก็ลองเรียบเรียงบางส่วนออกมาเป็นภาษาไทยให้คนที่คลิกมั่วไปมั่วมาแล้วเจอเว็บนี้เข้าพอดีอ่าน ขอให้สนุกครับ สำหรับคนที่อยากเรียนรู้ฉบับเต็ม ดู

Using Feynman diagrams to illustrate particle interactions in the Standard Model

ในระดับเริ่มต้น แบบจำลองมาตรฐาน (The Standard Model) ของฟิสิกส์อนุภาคสามารถเข้าใจได้ในรูปขององค์ประกอบพื้นฐาน องค์ประกอบเหล่านี้ได้แก่ ควาร์ก เล็ปตอน และอันตรกิริยา ซึ่งลักษณะขององค์ประกอบทั้งสามได้แก่

     ควาร์ก:
          ● รวมกันเพื่อสร้างอนุภาคอื่น
          ● มี 6 ชนิด

     เล็ปตอน:
          ● ไม่มีการรวมกัน
          ● มี 6 ชนิดเหมือนกัน

     อนุภาคอันตรกิริยา:
          ● เป็นตัวพาข่าวสารระหว่างควาร์กและเล็ปตอน
          ● มี 3 ชนิด

ควาร์กและเล็ปตอนแต่ละตัวมีปฏิอนุภาคที่เป็นคู่ของมัน ปฏิอนุภาคของควาร์กและเล็ปตอนมีมวลเท่ากับคู่อนุภาคของมันแต่ประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม แต่ประจุไฟฟ้าไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ใช้ระบุความมีตัวตนของปฏิอนุภาค อนุภาคที่ไม่มีประจุก็มีปฏิอนุภาคเช่นกัน

ตระกูลของควาร์ก

ควาร์กเป็นหนึ่งในสองตระกูลของอนุภาคสสาร เราถือว่าพวกมันเป็นอนุภาคที่เหมือนจุดและไม่มีโครงสร้างภายใน ควาร์กมี 6 ชนิด มีชื่อเรียก up, down, charm, strange, top และ bottom ซึ่งเราจับกลุ่มมันเป็นคู่ตามประจุและมวล แต่ละคู่เราเรียกว่า 'รุ่น' (generation)

หมายเหตุ: มวลที่แสดงในตารางเป็นค่าโดยประมาณ

ประจุในหน่วยของประจุอิเล็กตรอน
รุ่นที่หนึ่ง
รุ่นที่สอง
รุ่นที่สาม

+2/3

up
u
3 MeV
charm
c
1.3 GeV
top
t
175 GeV

-1/3

down
d
6 MeV
strange
s
125 MeV
bottom
b
4.1 GeV

ควาร์กเป็นเฟอร์มิออน (fermion) และตอบสนองต่ออันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า อันตรกิริยาอ่อน และอันตรกิริยาเข้ม เหมือนกับเฟอร์มิออนอื่น ๆ ควาร์กมีสปินครึ่งจำนวนเต็ม ในกลศาสตร์ควอนตัมนั้นสปินเป็นตัวบัญญัติสมบัติโมเมนตัมเชิงมุมประจำตัว (intrinsic angular momentum) ควาร์กเชื่อฟังหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusive principle) ซึ่งห้ามมิให้เฟอร์มิออนที่เหมือนกันสองตัวใด ๆ ในประชากรที่กำหนดครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกัน

ควาร์กมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วน ควาร์กแต่ละตัวมีคู่ปฏิอนุภาคของมัน มวลของสมาชิกตระกูลแอนติควาร์กเท่ากับมวลของสมาชิกคู่ตระกูลควาร์กของมัน แต่สมบัติอื่น ๆ ทั้งหมดตรงกันข้าม

ประจุในหน่วยของประจุอิเล็กตรอน
รุ่นที่หนึ่ง
รุ่นที่สอง
รุ่นที่สาม

-2/3

antiup
u
3 MeV
anticharm
c
1.3 GeV
antitop
t
175 GeV

+1/3

antidown
d
6 MeV
antistrange
s
125 MeV
antibottom
b
4.1 GeV


ตระกูลของเล็ปตอน

เล็ปตอนคือสมาชิกตัวใดก็ตามของคลาสเฟอร์มิออนที่ตอบสนองต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงชนิดอ่อน และแรงโน้มถ่วงเท่านั้น และไม่มีส่วนในอันตรกิริยาชนิดเข้ม เช่นเดียวกับเฟอร์มิออนทั้งหลาย เล็ปตอนมีสปินครึ่งจำนวนเต็ม เล็ปตอนเชื่อฟังหลักการกีดกันของเพาลี มันเป็นอนุภาคมูลฐาน กล่าวได้ว่าเราไม่พบว่าเล็ปตอนสร้างจากหน่วยสสารที่เล็กกว่าใด ๆ เลย

เล็ปตอนมีทั้งที่มีประจุไฟฟ้าหนึ่งหน่วยและเป็นกลางทางไฟฟ้า เล็ปตอนที่มีประจุได้แก่ อิเล็กตรอน, มิวออน และเทา ทั้งสามตัวนี้มีประจุเป็นลบและมวลแตกต่างกัน อิเล็กตรอนเป็นเล็ปตอนที่เบาที่สุด มีมวลแค่เพียง 0.0005 เท่าของมวลโปรตอน มิวออนหนักขึ้นมาหน่อย มีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนมากกว่า 200 เท่า สุดท้ายเทามีมวลมากกว่าอิเล็กตรอน 3700 เท่า เล็ปตอนที่มีประจุแต่ละตัวมีคู่สร้างคู่สมที่เป็นกลางเรียกว่านิวตริโน (ได้แก่ อิเล็กตรอนนิวตริโน, มิวออนนิวตริโน และเทานิวตริโน) ซึ่งนิวตริโนไม่มีประจุ นอกจากนี้เล็ปตอนทั้งหมด (รวมนิวตริโนด้วยนะครับ) มีปฏิอนุภาคเรียกว่าแอนติเล็ปตอน มวลของแอนติเล็ปตอนเท่ากับมวลของเล็ปตอน แต่สมบัติอื่น ๆ ตรงกันข้าม

ตระกูลของเล็ปตอนมีสมาชิกดังตาราง

รุ่นที่หนึ่ง
รุ่นที่สอง
รุ่นที่สาม
อิเล็กตรอนนิวตริโน
νe
มิวออนนิวตริโน
νμ
เทานิวตริโน
ντ
อิเล็กตรอน
e-
มิวออน
μ-
เทา
τ-

เล็ปตอนแต่ละตัวมีคู่แอนติเล็ปตอน

รุ่นที่หนึ่ง
รุ่นที่สอง
รุ่นที่สาม
อิเล็กตรอน-แอนตินิวตริโน
ve
มิวออน-แอนตินิวตริโน
vμ
เทา-แอนตินิวตริโน
vτ
อิเล็กตรอน
e+
มิวออน
μ+
เทา
τ+


อันตรกิริยา

เราสนใจอันตรกิริยามูลฐานสามตัว ได้แก่

แม่เหล็กไฟฟ้า (เกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนโฟตอนระหว่างอนุภาคมีประจุไฟฟ้า)
อันตรกิริยาอ่อน (เกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนข่าวสารระหว่าควาร์กกับเล็ปตอน นักฟิสิกส์อธิบายการแลกเปลี่ยนในรูปแพ็คเกตของข้อมูล เรียกว่า อนุภาค W และ Z)
อันตรกิริยาเข้ม (เกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนชนิดของประจุอย่างหนึ่งที่เราเรียกว่า 'ประจุสี' ระหว่างควาร์ก นักฟิสิกส์อนุภาคอธิบายการแลกเปลี่ยนโดยพูดว่ามีอนุภาคแลกเปลี่ยนสีที่เรียกว่า 'กลูออน' ส่งผ่านระหว่างควาร์ก)

โดยทั่วไปอันตรกิริยาเชื่อมโยงกับแรงมูลฐาน เช่น อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าเชื่อมกับแรงดึงดูดและแรงผลักเนื่องจากประจุไฟฟ้าที่เราคุ้นเคย อันตรกิริยาอ่อนและเข้มมักอธิบายในฐานะที่เกี่ยวข้องกับแรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อนและเข้ม แต่มันไม่ได้ทำให้เกิดผลผลักหรือดึงดังที่เราพบเห็นในระดับมหภาค ดังนั้นจึงควรคิดในรูปของอันตรกิริยาจะดีกว่าคิดในรูปของแรง

แม้ว่าเราเขียนแรงแม่เหล็กไฟฟ้าแยกจากแรงชนิดอ่อน แต่ทั้งคู่เป็นสองด้านของแรงอิเล็กโตรวีค (electroweak) เดียวกัน ทั้งนี้เพราะการเขียนอันตรกิริยาแยกกันนั้นก็มีประโยชน์เหมือนกัน นักฟิสิกส์อนุภาคใช้ Feynman vertex เป็นเครื่องมือสร้างสัญลักษณ์อันตรกิริยาทั้งสามระหว่างควาร์กและเล็ปตอน

เผยโฉมสวนสัตว์อนุภาค (particle zoo)

ครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ นักฟิสิกส์อนุภาคลงแรงกายแรงปัญญามหาศาลในการสืบหาว่าอะไรจะเกิดขึ้นมาหากว่าอนุภาคชนกัน พวกเขาพบชนิดและสมบัติของอนุภาคมากมาย นอกเหนือจากโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่เราคุ้นเคย พวกเขาพบอนุภาคประหลาดและตั้งชื่อให้กับพวกมันว่าแลมด้า เดลต้า โอเมก้า ฯลฯ การทดลองส่วนใหญ่ใช้บับเบิ้ลแชมเบอร์ (bubble chamber - ห้องฟอง) บับเบิ้ลแชมเบอร์ทั่วไปบรรจุของเหลวภายใต้ความดัน และความดันลดลงเล็กน้อยเมื่อถูกกระตุ้นด้วยการเดินทางผ่านของอนุภาค คล้าย ๆ กับการเปิดฝาขวดน้ำอัดลม อนุภาคที่มีประจุจะทิ้งร่องรอยไว้เบื้องหลังหลังจากที่มันเดินทางผ่านบับเบิ้ลแชมเบอร์ เราดูว่าร่องรอยของอนุภาคโค้งแบบไหนในสนามแม่เหล็ก และใช้กฎอนุรักษ์พลังงานและกฎอนุรักษ์โมเมนตัมแสดงให้เห็นอนุภาคของประจุและมวลต่าง ๆ กัน ตัวอย่างภาพถ่ายจากบับเบิ้ลแชมเบอร์และร่องรอยอนุภาค (particle tracks) แสดงดังรูป


เมื่อสวนสัตว์อนุภาคโตขึ้น ท้ายที่สุดนักฟิสิกส์อนุภาคพบว่าผลสังเกตการณ์ทั้งหมดสามารถอธิบายได้ด้วยควาร์ก แอนติควาร์ก และเล็ปตอน

การสร้างอนุภาคจากควาร์ก

อนุภาคที่สังเกตถ้าไม่ใช่เล็ปตอน ก็เป็นกลุ่มของควาร์กสามตัวหรือคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก กลุ่มของควาร์กสามตัวหรือคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กเราเรียกว่าเฮดรอน เฮดรอนที่ประกอบด้วยควาร์กสามตัว (หรือแอนติควาร์กสามตัว) เรียกว่า แบริออน (baryon แปลว่า 'หนัก') เฮดรอนที่ประกอบด้วยคู่ควาร์ก-แอนติควาร์กเรียกว่า มีซอน (คำว่า meson นั้นเดิมทีหมายถึงมวลปานกลาง แต่จริง ๆ แล้ว มีมีซอนหลายตัวที่มวลมากกว่าแบริออนบางตัว) องค์ประกอบควาร์กของแบริออนและมีซอนแสดงด้านล่าง ซึ่งเห็นได้ว่าอนุภาคทุกชนิดสามารถสร้างจากควาร์กและแอนติควาร์กพื้นฐานของตระกูลควาร์ก ในบางกรณีเห็นว่าอนุภาคถูกมองว่าเป็นการรวมกันของคู่ควาร์ก วิธีการนำเสนอการรวมกันนี้สะท้อนการอธิบายเชิงคณิตศาสตร์ของอนุภาค

แบริออน (สปิน 1/2):

p = uud, n = udd, Λ = uds, Σ+ = uus, Σ+ = uus, Σ- = dds, Ξ0 = uss, Ξ- = dss, Λ+c = udc

แบริออน (สปิน 3/2):

Δ++ = uuu, Δ+ = uud, Δ0 = udd, Δ- = ddd, Σ*+ = uus, Σ*0 = uds, Σ*- = dds, Ξ*0 = uss, Ξ*- = dss, Ω- = sss

ซูโดสเกล่าร์มีซอน (สปิน 0):

π+ = ud, π- = du, π0 = (uu-dd)/√2
K+ = us, K- = su, K0 = ds, K0 = sd
η = (uu+dd-2ss)/6½, η' = (uu+dd+ss)/3½
D+ = cd, D- = ds, D+s = cs, D-s = sc, D0 = cu, D0 = uc
B+ = ub, B- = bu, K0 = db, B0 = bd
ηc = cc

เวกเตอร์มีซอน (สปิน 1):

ρ+ = ud, ρ- = du, ρ0 = (uu-dd)/√2
K*+ = us, K*- = su, K*0 = ds, K*0 = sd
ω = (uu+dd)/√2
ψ = ss, J/ψ = cc, T = bb

Feynman Vertices

อันตรกิริยาแต่ละตัวในสามตัวที่กล่าวมาสามารถอธิบายได้โดยใช้สัญลักษณ์ที่เรียกว่า Feynman vertex ในสายตาของนักฟิสิกส์อนุภาค แต่ละ Feynman vertex เป็นตัวแทนขององค์ประกอบทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนบางอย่างที่ใช้ในการคำนวณลักษณะอันหลากหลายของอันตรกิริยาอนุภาค อย่างไรก็ตามเราสามารถใช้ vertex ในแบบที่ไม่เกี่ยวกับคณิตศาสตร์ได้เช่นด้วย ใช้มันแสดงวิธีที่ควาร์กกับเล็ปตอนมีปฏิสัมพันธ์กันและกัน มี vertex พื้นฐานสามแบบ แต่ละแบบสัมพันธ์กับอันตรกิริยามูลฐานแต่ละตัว กล่าวคือ มี vertex อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า, vertex อันตรกิริยาอ่อน และ vertex อันตรกิริยาเข้ม โครงสร้างพื้นฐานของ vertex แสดงดังรูป


ใน vertex พื้นฐานที่แสดงข้างบนนั้น สัญลักษณ์ตัวแพร่ของอันตรกิริยาวาดในแนวดิ่ง แต่ตอนวาดอันตรกิริยาโดยทั่วไปนิยมเอียงสัญลักษณ์ตัวแพร่เพื่อบ่งบอกว่ามันกำลังเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากจุดที่เกิดอันตรกิริยา

Feynman vertices ทั่วไปเป็นแบบนี้


ประเด็นสำคัญที่ควรรู้เกี่ยวกับ Feynman vertex:

1. vertex เป็นแค่เพียงสัญลักษณ์เท่านั้น มันไม่ได้เป็นตัวแทนของร่องรอยอนุภาคในอวกาศ และไม่ใช่ space-time diagram
2. อ่านสัญลักษณ์จากซ้ายไปขวา ฝั่งซ้ายของสัญลักษณ์แสดงธรรมชาติของอนุภาคก่อนอันตรกิริยา และฝั่งขวาแสดงธรรมชาติของอนุภาคหลังอันตรกิริยา (คุณอาจเจอ Feynman diagram ที่แสดงเวลาไหลจากล่างขึ้นบนก็ได้นะครับ ทั้งนี้ทั้งนั้นอยู่ที่รสนิยม แต่โดยมากเรามันจะพบเห็นซ้าย-ขวามากกว่า)
3. เราใช้ลูกศรที่หันหัวไปข้างหน้าแทนอนุภาคที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าในเวลา และใช้ลูกศรที่หันหัวกลับแทนปฏิอนุภาคที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าในเวลาเหมือนกัน บางคนพบว่าแบบนี้ใช้ยากสักหน่อยในตอนแรก แต่หลังจากทำความคุ้นเคยเล็กน้อย ก็จะเป็นไปโดยอัตโนมัติ คุณจะพบว่าสัญลักษณ์ดังกล่าวมีประโยชน์มากครับตอนที่คุณสร้าง Feynman diagram เพื่อแสดงอันตรกิริยา

แขนของแต่ละ vertex สามารถหมุนรอบจุด vertex เพื่อสร้างกลุ่มอันตรกิริยาที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ vertex สามารถแสดง ฉะนั้นจะมีสาม vertex ที่อนุภาคตัวหนึ่งเข้าและอนุภาคสองตัวออก และสาม vertex ที่มีอนุภาคสองตัวเข้าและอนุภาคตัวหนึ่งออก

ส่วนต่อไปนี้สำคัญครับ...และมันเป็นหัวใจที่ช่วยให้เข้าใจและช่วยในการตีความ diagram:

เมื่อหมุนแขนของ vertex ทิศของลูกศรยังคงเดิมเทียบกับจุดที่เกิดอันตรกิริยา สำหรับอนุภาคที่เข้า vertex ทิศของลูกศรจะชี้เข้าหาจุดที่เกิดอันตรกิริยา ถ้าแขนของ vertex ที่เป็นตัวแทนของอนุภาคนี้หมุน ทำให้มันเป็นตัวแทนของอนุภาคที่ออกจาก vertex ทิศของลูกศรก็ยังคงชี้เข้าหาจุดที่เกิดอันตรกิริยานะครับ เป็นการชี้ในทิศทางย้อนกลับ เท่ากับมันบอกเราว่าอนุภาคที่ออกจากปฏิกริยาดังกล่าวจะต้องเป็นปฏิอนุภาค ผลกระทบจากการหมุนแขนจะพูดถึงอีกทีในตอน vertex ของเล็ปตอนและควาร์ก

วิธีสร้าง Feynman diagram ของอันตรกิริยาอ่อนเล็ปตอนล้วน

vertex พื้นฐานของอันตรกิริยาอ่อนเล็ปตอนล้วนแสดงดังรูป


vertex นี้ใช้สำหรับอันตรกิริยาที่ยินยอมได้ทั้งหมดระหว่างเล็ปตอน ต้นแบบดังกล่าวเราแทนนิวตริโนและเล็ปตอน l ด้วยคู่นิวตริโน-เล็ปตอนที่ยินยอมได้ที่สอดคล้องกันดังนี้


ลองดูตัวอย่างอันตรกิริยาอ่อนระหว่างอิเล็กตรอนนิวตริโนกับอิเล็กตรอน เราเอาอิเล็กตรอนนิวตริโนแทนที่นิวตริโนในรูปแรกและแทนที่เล็ปตอน l ด้วยอิเล็กตรอน ได้ vertex ดังรูป


ดังที่เราเห็นในรูปบน W-โบซอนถูกเขียนให้ไม่มีประจุ เราต้องตัดสินใจว่าเป็นประจุชนิดใดหลังจากที่เราหมุนแขนของ vertex ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับอันตรกิริยาที่เราต้องการ

สมมติว่าเราต้องการ vertex สำหรับอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนนิวตริโนที่สร้างอิเล็กตรอนและ W-โบซอนเสมือน ให้หมุนแขนของลูกศรเล็กน้อย เนื่องจากประจุขาเข้าเท่ากับศูนย์ ฉะนั้น W-โบซอนจะต้องมีประจุบวกเพื่อชดเชยกับประจุของอิเล็กตรอน แสดงดังรูป


ต่อไปลองพิจารณาอันตรกิริยาของโพสิตรอนที่สร้างคู่แอนติอิเล็กตรอนนิวตริโนกับ W+ โบซอนเสมือน รูปด้านล่างแสดงกระบวนการหมุนแขนที่สอดคล้องกับอันตรกิริยา


เห็นว่าแขนหมุนผ่านเส้นประสีแดง ถ้าแขนหมุนผ่านเส้นประนี้ อนุภาคที่อยู่กับแขนนี้จะเปลี่ยนไปเป็นปฏิอนุภาค สังเกตแขนของแอนติอิเล็กตรอนนิวตริโนชี้เข้าหาศูนย์กลาง นี่เป็นวิธีที่ใช้เขียนปฏิอนุภาควิ่งออกจาก vertex

สำหรับคู่อันตรกิริยาแอนติเล็ปตอนที่ยินยอมได้แสดงดังรูป


เราสามารถเปลี่ยนรูป vertex พื้นฐานตอนต้นในหัวข้อนี้ได้ด้วยคู่อันตรกิริยาแอนติเล็ปตอน ตัวอย่างการสลายของ W+โบซอนที่ปลดปล่อยเบต้า+และอิเล็กตรอนนิวตริโนจากการหมุนแขนแสดงดังรูป (ผมว่ารูปนี้ผิดนิดนึงตรงลูกศรสีแดงที่ชี้ e+ สีดำไปยังสีเทา น่าจะกลับทิศกันมากกว่านะครับ) ซึ่งคุณจะเห็นว่าการหมุนแขนผ่านเส้นประสีแดง ทำให้อนุภาคกลายเป็นปฏิอนุภาคหรือปฏิอนุภาคกลายเป็นอนุภาค


Vertex ของอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า

vertex ทั้งหมดอ่านจากซ้ายไปขวา ซ้ายคือเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นก่อนขวา

vertex พื้นฐานของอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้ามี 2 แบบ


ถ้าหมุนแขนของ vertex เราจะได้อันตรกิริยาต่าง ๆ ที่เป็นไปได้ อย่าลืมนะครับ เวลาไหลจากซ้ายไปขวา และลูกศรที่ย้อนทิศก็ยังหมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในเวลา


Vertex ของอันตรกิริยาอ่อน

มี vertex พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับอันตรกิริยาอ่อนจำนวนมาก ทั้งนี้เพราะทั้งเล็ปตอนและควาร์กต่างก็เป็นผู้มีส่วนร่วมในกระบวนการ ดังที่ได้พูดถึงในวิธีสร้าง Feynman diagram ของอันตรกิริยาอ่อนเล็ปตอนล้วน คือมีทั้ง vertex ของอนุภาคและปฏิอนุภาคสำหรับเล็ปตอนแต่ละรุ่น ดังนั้นก็จะมี vertex สำหรับควาร์กแต่ละรุ่น และสำหรับการเปลี่ยนควาร์กที่เกิดขึ้นในแนวทแยงระหว่างรุ่น โดย vertex พื้นฐานสรุปดังแผนผังด้านล่าง แต่ละ vertex มีการหมุนได้ 6 แบบทำนองเดียวกับ vertex ของแม่เหล็กไฟฟ้าในหัวข้อที่แล้ว




Vertex ของอันตรกิริยาเข้ม

ตอนที่เราเกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า เราจำแนกว่ามีสองชนิด คือ ประจุบวก (+) และประจุลบ (-) และเราเรียนรู้ว่าประจุต่างกันดูดกัน ประจุเหมือนกันผลักกัน

นอกจากประจุไฟฟ้า ควาร์กยังมีประจุที่ไม่ใช่ประจุไฟฟ้า เรียกว่าประจุสี ประจุสีมีสามชนิด คือ สีแดง (r) สีเขียว (g) และสีฟ้า (b) กลุ่มของ r+g+b เป็นกลุ่มที่ดึงดูดกัน แต่คู่สีจะผลักกัน ไม่เท่านั้น แต่ละสียังมีปฏิสี (ปฏิควาร์กมีปฏิสี) มีปฏิแดง ปฏิเขียว ปฏิฟ้า คู่สีและปฏิสีดึงดูดกันในแบบเดียวกับ r+g+b ที่อยู่ด้วยกันและเป็นกลางทางสี ดังนั้น แดงและปฏิแดงดูดกันและกัน เขียวและปฏิเขียนดูดกัน ฟ้าและปฏิฟ้าดูดกัน แต่แดงกับปฏิฟ้า หรือ ฟ้ากับปฏิแดง ผลักกัน ฯลฯ

กฎการจัดกลุ่มสีเหล่านี้เองที่ทำให้ควาร์กอยู่เป็นกลุ่มสามตัว และกลุ่มคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก ในกลุ่มสามควาร์ก (เรียกว่าอนุภาคแบริออน) จะมีประจุแดง เขียว ฟ้า จับกลุ่มกัน ในคู่ควาร์ก-แอนติควาร์ก (เรียกว่าอนุภาคมีซอน) จะมีคู่ประจุสีและปฏิสีที่คู่กันจับกลุ่มกัน

เราสามารถพิจารณาว่ากลูออน (เป็นตัวพาสีและปฏิสี) ก็คือทางที่ประจุสีแลกเปลี่ยนกันระหว่างบรรดาควาร์กและบรรดาแอนติควาร์ก ทำนองเดียวกับ vertex ของแม่เหล็กไฟฟ้าและ vertex ของอันตรกิริยาอ่อน vertex ของอันตรกิริยาเข้มจะมีจำนวนแบบการหมุนแขนทั้งสามที่ตายตัว แต่ vertex ของควาร์กกลูออนนี้ยังสามารถแสดงทิศการไหลของสีเมื่อควาร์กมีปฏิสัมพันธ์กันได้ด้วย

Vertex ของควาร์กกลูออน:


หมุนแขนของ vertex แรกได้กลุ่มดังนี้



ตัวอย่างที่ 1

นิวตรอนสลายเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนติอิเล็กตรอนนิวตริโน

n → p + e- + ve

นิวตรอนสลายเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนโดยอันตรกิริยาอ่อน ซึ่งควาร์ก d ใน n กลายเป็น u (ทำให้ n กลายเป็น p) และสร้างอิเล็กตรอนกับแอนตินิวตริโนดังแผนผัง



ตัวอย่างที่ 2

มิวออนบวกสลายเป็นมิวออนแอนตินิวตริโน โพสิตรอน และอิเล็กตรอนนิวตริโน

μ+ → e+ + ve + vμ

μ+ ปล่อย W+ และกลายเป็น vμ ส่วน W+ สร้างคู่โพสิตรอนกับอิเล็กตรอนนิวตริโน



ตัวอย่างที่ 3

K0 สลายเป็นไพลบและไพบวกด้วยอันตรกิริยาอ่อน

K0 → π+ + π-

K0 ประกอบด้วย d กับ s ซึ่ง s สลายเป็น u (ทแยงข้ามรุ่นที่ติดกัน) ปล่อย W+ ที่สร้างคู่ u กับ d



ตัวอย่างที่ 4

แอนติโปรตอนมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตอนได้นิวตรอนกับแอนตินิวตรอน

p + p → n + n

กรณีนี้มีการชนกันระหว่างโปรตอนกับแอนติโปรตอนแล้วสร้างนิวตรอนกับแอนตินิวตรอน ซึ่งเราพบว่าแอนติอั๊พควาร์กของแอนติโปรตอนหลอมรวมกับอั๊พควาร์กของโปรตอนปลดปล่อยกลูออน แอนติอั๊พควาร์กของแอนติโปรตอนปล่อยกลูออนซึ่งสร้างคู่ดาวควาร์กกับแอนติดาวควาร์ก




Create Date : 31 มีนาคม 2553
Last Update : 10 เมษายน 2553 22:55:43 น. 1 comments
Counter : 3033 Pageviews.

 
ขอบคุณมากๆ


โดย: Aloner วันที่: 21 ตุลาคม 2553 เวลา:14:48:33 น.  

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