the 4 interactions
ตอนนี้เราคงพอมีไอเดียแล้วว่าโลกสร้างมาจากอะไรบ้าง แน่ละ... พวกคว๊าก และเล็พตรอน คำถามต่อมาที่น่าสนใจคือ "อะไรเป็นตัวยึดเหนี่ยวพวกมันไว้ด้วยกัน?" จักรวาลที่เรารู้จักนี้คงอยู่ไม่ได้ถ้าไม่มีปฏิกิริยาระหว่างกัน (interaction) ของอนุภาคมูลฐาน คำว่าปฏิกิริยาระหว่างกันและกันนี้ได้ทั้ง แรงดูด (attractive force) แรงผลัก (repulsive force) การสลาย (decay) และการรวมตัว/ทำลาย (annihilation) เมื่อกล่าวโดยสรุปแล้วปฏิกิริยาระหว่างกันและกันระหว่างอนุภาค (ต่อไปขอทับศัพท์ว่า interaction) สามารถแบ่งออกได้ 4 ชนิด นั่นหมายความว่าแรงต่างๆในโลกนี้ทุกแรงล้วนจัดลงอยู่ใน interaction ทั้ง 4 นี้ ไม่ว่าจะเป็นแรงเสียดทาน แรงดึงดูดของแม่เหล็ก สนามโน้มถ่วง การสลายตัวของนิวเคลียร์ และอื่นๆ ที่คุณจะนึกได้ จะต้องเป็นตัวใดตัวหนึ่งใน 4 interactions นี้เท่านั้น



แรง (force) กับ interaction เหมือนหรือต่างกันอย่างไร? จะว่าไปมันก็ยากที่จะแยกความแตกต่างระหว่างคำ 2 คำนี้ แต่ถ้าพูดให้ถูกต้องแล้ว แรง เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับอนุภาคเมื่อมีอนุภาคอื่นอยู่ด้วย ส่วน interaction นั้น นอกจากหมายถึงแรงแล้วยังรวมกรณีการสลายตัว (decays) และการรวมตัวทำลายร้าง (annihilations) ของอนุภาคอีกด้วย คนส่วนใหญ่ บางครั้งก็รวมนักฟิสิกส์เองที่มักจะใช้คำว่า แรง และ interaction สลับแทนที่กัน ทั้งๆ ที่คำว่า interaction เป็นคำที่ถูกต้องมากกว่า แต่ก็ไม่เป็นไร ถ้าคุณจะใช้คำ 2 คำนี้สลับกัน ที่สำคัญคือคุณก็ควรจะรู้ความแตกต่างของมันไว้ด้วย เราเรียกอนุภาคที่เป็นตัวพา interactions ว่า อนุภาคนำพาแรง (force carrier particles)

มีคำถามหนึ่งซึ่งเคยกวนใจนักฟิสิกส์มาหลายปี "อนุภาคสสารมีปฏิกิริยาระหว่างกันได้อย่างไร?" ปัญหาก็คือการที่มันมีปฏิกิริยาระหว่างกันได้โดยไม่ต้องสัมผัสกัน แม่เหล็ก 2 อันสามารถรู้สึกถึงการมีอยู่ของอีกอันได้อย่างไร โดยที่มันอาจจะดูดหรือผลักกัน ดวงอาทิตย์สามารถดึงดูดโลกไว้ได้อย่างไร?



เรารู้ว่าคำตอบของทั้ง 2 ข้อนี้คือ "อำนาจแม่เหล็ก" (magnetism) และ "สนามโน้มถ่วง" (gravity) แต่แรงพวกนี้มันคืออะไรกันแน่ล่ะ? ในเบื้องต้น ควรรู้ก่อนว่าแรงไม่ใช่สิ่งที่จู่ๆ ก็เกิดขึ้นกับอนุภาค แต่แรงเป็นสิ่งที่เคลื่อนที่ระหว่างอนุภาค เพื่อความเข้าใจเรื่องแรง ลองนึกภาพตามนี้ คน 2 คนยืนบนลานน้ำแข็ง คนแรกขยับแขนทำท่าผลักไปข้างหน้า แล้วอีกคนก็ทำท่ารับของสิ่งหนึ่งจากคนแรกเอาไว้พร้อมกับไถลไปข้างหลัง จากเหตุการณ์ดังกล่าว คุณสามารถจินตนาการได้ว่าระหว่าง 2 คนนั้นต้องส่งอะไรสักอย่างให้กัน อาจจะเป็นลูกบอลที่คุณมองไม่เห็น คุณสามารถตั้งสมมติฐานได้ว่าคนแรกส่งลูกบอลให้กับอีกคนหนึ่งเพราะคุณเห็นกิริยาและสิ่งที่เกิดขึ้นกับ 2 คนนั้น ถ้าเปรียบเทียบให้คนที่รับโยนลูกบาสฯ เป็นอนุภาคสสาร ลูกบาสฯ ก็จะเป็นอนุภาคนำพาแรง (force carrier particle) โดยปกติแล้วเมื่อเรานึกถึงแรง มันก็คือผลกระทบของอนุภาคนำพาแรงต่ออนุภาคสสารนั่นเอง ตัวอย่างบาสเกตบอลนี้เป็นตัวอย่างหยาบๆ เบื้องต้นที่อธิบายเพียงแรงผลัก และดูจะไม่ช่วยอะไรมากนักในกรณีแรงดูดว่าอนุภาคนำพาแรงจะมีการแลกเปลี่ยนกันอย่างไร? เราพบเห็นตัวอย่างแรงดึงดูดได้บ่อยในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นจากแม่เหล็กหรือแรงโน้มถ่วง และส่วนใหญ่ก็ยอมรับกันว่าเมื่อมีวัตถุหนึ่งเกิดขึ้น วัตถุนั้นจะส่งผลกระทบต่อวัตถุอื่น แต่เมื่อเราตั้งคำถามที่ลึกลงไปอีกว่า "วัตถุหนึ่งจะส่งผลกระทบต่ออีกวัตถุหนึ่งได้อย่างไรในเมื่อมันไม่ได้แตะต้องกัน" เราจึงมีคำตอบที่น่าสนใจว่าแรงดังกล่าวนั้นเกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคนำพาแรงระหว่างวัตถุทั้งสอง นักฟิสิกส์อนุภาคสามารถอธิบายแรงระหว่างอนุภาคด้วยหลักการแลกเปลี่ยนอนุภาคนำพาแรงได้อย่างแม่นยำอย่างไม่น่าเชื่อทีเดียว

ข้อสำคัญประการหนึ่งเกี่ยวกับการนำพาแรงคือ อนุภาคนำพาแรงสามารถถูกดูดกลืนหรือสร้างได้เฉพาะกับอนุภาคสสารที่มีผลกระทบต่อแรงชนิดนั้น เช่น อิเล็กตรอนและโปรตอนมีประจุไฟฟ้า ดังนั้นพวกมันสามารถสร้างและดูดรับตัวพาแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งก็คือโฟตอน) ได้ ในขณะที่นิวตริโนไม่มีประจุไฟฟ้า ก็ไม่สามารถสร้างหรือดูดรับโฟตอนได้




แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแรงที่ทำให้ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน และประจุที่ต่างชนิดกันดูดกัน ตัวอย่างที่พบเห็นในชีวิตประจำวันอย่างเช่นแรงเสียดทานหรืออำนาจแม่เหล็กก็เกิดจากแรงชนิดนี้ (บางครั้งเราเรียกย่อๆ ว่าแรง E-M) และแรงที่ทำให้คุณสามารถยืนบนพื้นได้โดยที่ไม่ร่วงทะลุพื้นก็เป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกัน เพราะแรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้อะตอมที่ประกอบกันเป็นเท้าของคุณและอะตอมที่ประกอบเป็นพื้นต่อต้านซึ่งกันและกัน ไม่รวมกัน




อนุภาคที่นำพาแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเราเรียกว่า "โฟตอน" (photon) โฟตอนที่มีพลังงานต่างกันก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่ต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นสเปกตรัมของ X-ray, ช่วงแสงที่มองเห็น, คลื่นวิทยุ ฯลฯ ตามที่เรารู้มานั้น โฟตอนไม่มีมวล (มวล = ศูนย์) และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ความเร็วแสงนิยมแทนด้วยสัญลักษณ์ c ซึ่งมีค่าโดยประมาณ 300,000,000 เมตรต่อวินาที หรือ 186,000 ไมลส์ต่อวินาที ในสุญญากาศ

โดยปกติแล้วภายในอะตอมจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน จึงมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุบวกของโปรตอนถูกหักล้างโดยประจุลบของอิเล็กตรอน ในเมื่อมันเป็นกลางทางไฟฟ้า แล้วอะไรเป็นสาเหตุทำให้อะตอมหลายอะตอมจับตัวกันเป็นโมเลกุลได้ล่ะ? คำตอบคือ เราพบว่าประจุบางส่วนของอะตอมหนึ่งสามารถมีผลกระทบต่อบางประจุของอีกอะตอมหนึ่งได้ นี่แหละที่ทำให้อะตอมต่างๆจับพันธะกันเป็นโมเลกุล เราเรียกผลจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอันนี้ว่า "แรงแม่เหล็กไฟฟ้าตกค้าง" หรือ residual electromagnetic force ดังนั้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ก็คือแรงที่ทำให้อะตอมจับกันเป็นโมเลกุล ทำให้โลกยังเป็นโลกอย่างทุกวันนี้ไม่แตกออกเป็นเสี่ยงๆ ทำให้เกิดสสารที่คุณเข้าไปสัมผัสจับต้องได้ น่าอัศจรรย์ไหมล่ะ โครงสร้างทุกอย่างในโลกมีตัวตนเพราะโปรตอนและอิเล็กตรอนมีประจุตรงกันข้าม


เรายังมีอีกหนึ่งคำถามเกี่ยวกับอะตอม คือ "อะไรยึดนิวเคลียสไว้ด้วยกัน?"

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยกลุ่มโปรตอนและนิวตรอนที่อัดอยู่แน่น ในเมื่อนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนโปรตอนนั้นมีประจุบวกซึ่งแต่ละตัวก็ต่างผลักพวกพ้องให้อยู่ห่างๆกัน แล้วทำไมนิวเคลียสยังจับกันเป็นกลุ่มก้อนได้ล่ะ? ทำไมมันไม่ผลักจนแยกตัวออกมา?


จังหวะนี้เราไม่สามารถพูดได้แล้วว่านิวเคลียสจับตัวกันเพราะแรงแม่เหล็กไฟฟ้า มีแรงใดยึดพวกมันไว้ด้วยกันอย่างนั้นหรือ? ใช่แรงดึงดูดระหว่างมวลรึเปล่า? ไม่น่าจะใช่ เพราะแรงดึงดูดระหว่างมวลน้อยเกินไปเมื่อเทียบกับแรงผลักของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

แล้วมันคืออะไร?

ถ้าอยากเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียส เราต้องเริ่มต้นจากทำความรู้จักพวกคว๊ากที่ประกอบกันเป็นโปรตอนและนิวตรอนก่อน เรารู้ว่าคว๊ากมีประจุไฟฟ้า นอกจากประจุไฟฟ้าแล้วคว๊ากยังมีประจุอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า "ประจุสี" (color charge) เจ้าแรงระหว่างประจุสีนี่เองเป็นแรงที่เข้มมาก ดังนั้นด้วยความคิดสร้างสรรค์บรรเจิดเราจึงตั้งชื่อเรียกมันว่า "แรงชนิดเข้ม" (strong)



แรงชนิดเข้มเป็นแรงที่ยึดคว๊ากให้อยู่รวมกันเป็นแฮ็ดรอน (hadrons) และเราเรียกอนุภาคที่นำพาแรงชนิดนี้ว่าอนุภาคกาวหรือ "กลูออน" (gluons) เพราะมันเสมือนเป็นกาวที่ทาคว๊ากไว้ด้วยกัน

ประจุสีมีพฤติกรรมที่แตกต่างจากประจุไฟฟ้า

กลูออนมีประจุสี มันเป็นเรื่องที่ค่อนข้างแปลกประหลาด เมื่อเทียบกับโฟตอนซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า คว๊ากก็มีประจุสี แต่อนุภาคที่เกิดจากคว๊ากรวมตัวกันไม่มีประจุสี (เพราะเป็นกลางทางสี - color neutral) ด้วยเหตุนี้เจ้าแรงเข้มจึงเป็นแรงที่มีพิสัยแคบๆเฉพาะในระดับปฏิกิริยาระหว่างพวกคว๊ากด้วยกัน และนี่เป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเราไม่รับรู้การมีอยู่ของแรงชนิดเข้มในชีวิตประจำวัน

คว๊ากและกลูออนต่างเป็นอนุภาคที่มีประจุสี

ก็เหมือนกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งมีการแลกเปลี่ยนโฟตอนใน E-M interaction พวกอนุภาคที่มีประจุสีก็จะแลกเปลี่ยนกลูออนใน strong interaction คว๊าก 2 ตัวที่อยู่ใกล้กัน พวกมันจะแลกเปลี่ยนกลูออนและสร้างสนามแรงสีชนิดเข้ม (strong color force field) เพื่อยึดพวกมันเข้าด้วยกัน สนามแรงดังกล่าวจะมีค่าเพิ่มมากขึ้นถ้าใครสักคนพยายามแยกคว๊ากให้ออกห่างจากกันมากขึ้น


ประจุสีมีการทำงานอย่างไร?



ประจุสีมีทั้งหมด 3 ชนิด (3 สี) และมีประจุสีตรงข้าม (anticolor charge) อีก 3 ชนิด คว๊ากแต่ละตัวจะมีประจุสี 1 สี ทำนองเดียวกัน ปฏิคว๊าก (antiquark) ก็จะมีประจุสีตรงข้ามสีใดสีหนึ่ง ถ้าเราผสมแสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงน้ำเงิน เราก็จะได้แสงขาวฉันใด ในแบรีออน (baryon) ก็เกิดจากการรวมกันของประจุสีแดง เขียว น้ำเงิน เกิดเป็นกลางทางสีฉันนั้น กรณีของ antibaryon ก็เช่นเดียวกัน ประจุสีตรงข้ามแดง (antired) ตรงข้ามเขียว ตรงข้ามน้ำเงิน รวมกันเป็นกลางทางสี สำหรับเมซอน (meson) ก็เป็นกลางเพราะประจุสีรวมตัวกับประจุตรงข้ามสีนั้น เช่น แดง กับ ตรงข้ามแดง

การดูดกลืนหรือปล่อยกลูออนจะทำให้เกิดการเปลี่ยนสี และเป็นไปตามหลักอนุรักษ์สี ดังนั้นกลูออนจึงต้องขนทั้งสีและสีตรงข้าม เนื่องจากมี 3 สี และ 3 สีตรงข้าม ความเป็นไปได้ของกลูออนก็ควรจะมี 9 แบบ (เช่น แดง-ตรงข้ามแดง, แดง-ตรงข้ามเขียว, แดง-ตรงข้ามน้ำเงิน,...) แต่จากผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ เราพบว่ามีกลูออนเพียง 8 แบบเท่านั้น ยังไม่มีคำอธิบายที่น่าพอใจในเรื่องนี้



อนึ่งคำว่า "ประจุสี" เป็นเพียงคำสมมติที่ใช้เรียกและอธิบาย ไม่มีความเกี่ยวข้องกับสีจริงๆที่เรามองเห็นแต่อย่างไร

เราไม่มีทางพบอนุภาคประจุสีตัวเดียวโดดๆ ด้วยเหตุนี้ คว๊ากซึ่งมีประจุสีจึงถูกมัดรวมกันเป็นกลุ่ม (แฮ็ดรอน) ร่วมกับคว๊ากตัวอื่น โดยที่ผลรวมของสีสุดท้ายแล้วต้องเป็นกลาง (color neutral) จากความก้าวหน้าของทฤษฎี Standard Model สำหรับแรงชนิดเข้ม แสดงให้เห็นว่าคว๊ากสามารถรวมตัวกันเป็นได้เฉพาะแบรีออน (คว๊าก 3 ตัว) และ เมซอน (คว๊ากกับปฏิคว๊าก)เท่านั้น ไม่สามารถรวม 4 คว๊ากได้ เพราะแบรีออนกับเมซอนมีสีเป็นกลาง ดังนั้นอนุภาคพวก ud หรือ uddd ที่ไม่สามารถรวมสีให้เป็นกลางเราจึงไม่เคยพบมัน

สนามแรงสี (Color-Force Field)

พวกคว๊ากที่รวมกันเป็นแฮ็ดรอนต่างแลกเปลี่ยนกลูออนกันอย่างบ้าคลั่ง

สนามแรงสีก็คือพวกกลูออนที่มัดรวมคว๊ากไว้ด้วยกัน

ถ้าหากมีคว๊ากตัวใดตัวหนึ่งในแฮ็ดรอนถูกดึงให้ออกห่างจากกลุ่ม สนามแรงสีจะเพิ่มขึ้นระหว่างคว๊ากตัวนั้นและตัวที่เหลือ พูดง่ายๆคือพลังงานจะเพิ่มสูงขึ้นในสนามแรงสีเมื่อคว๊ากถูกดึงให้ห่างไป แต่เมื่อถึงจุดหนึ่ง (ถ้าคุณยังพยายามพรากคว๊ากออกจากกัน) พลังงานของสนามแรงสีก็จะลดลงและแตกตัวเองออกเป็นคู่คว๊ากกับปฏิคว๊ากคู่หนึ่ง พูดตามหลักอนุรักษ์พลังงานก็คือพลังงานของสนามแรงสีเปลี่ยนไปเป็นมวลของคู่คว๊ากตัวใหม่เพื่อลดระดับพลังงานสนามแรงสีที่กำลังเข้มข้นเกินไปให้ต่ำลง



สรุปแล้วไม่ว่าอย่างไรก็ตาม คว๊ากจะไม่อยู่อย่างโดดเดี่ยว


การอนุรักษ์ประจุสี

เมื่อคว๊ากปล่อยหรือดูดกลืนกลูออน สีของคว๊ากจะต้องเปลี่ยนไปตามหลักอนุรักษ์สี ตัวอย่างเช่น คว๊ากแดงเปลี่ยนเป็นคว๊ากน้ำเงินเมื่อปล่อยกลูออนแดง + ตรงข้ามน้ำเงิน (red/antiblue) ออกมา เพื่ออนุรักษ์สีแดง ที่เป็นเช่นนี้เพราะหลังจากคว๊ากปล่อยกลูออน สีน้ำเงินของคว๊ากจะหักล้างกับสีตรงข้ามน้ำเงินของกลูออน และยังเหลือสีแดงที่กลูออนขนไป

ภาพตัวอย่างลำดับการปล่อยกลูออนแดง+ตรงข้ามน้ำเงินของคว๊ากแดง

1. คว๊ากแดง



2-4. ขณะปล่อยกลูออนแดง+ตรงข้ามน้ำเงิน และตัวเองก็ค่อยๆกลายเป็นคว๊ากน้ำเงิน (แทนสีเหลืองด้วยตรงข้ามน้ำเงิน)






5. คว๊ากน้ำเงิน กับ กลูออนแดง+ตรงข้ามน้ำเงิน



ภายในแฮ็ดรอน คว๊ากปล่อยและรับกลูออนบ่อยมาก ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตสีของคว๊ากตัวใดตัวหนึ่งโดยเฉพาะ แต่ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม ภายในแฮ็ดรอน สีของคว๊ากที่เปลี่ยนเมื่อมีการแลกเปลี่ยนกลูออนจะต้องเปลี่ยนไปเพื่อรักษาสีให้เป็นกลาง (color-neutral state)

ตอนนี้เรารู้แล้วว่า "แรงชนิดเข้ม" สามารถยึดคว๊ากไว้ด้วยกันได้เนื่องจากคว๊ากเป็นอนุภาคที่มีประจุสี แต่ก็ยังไม่ได้ตอบคำถามว่าอะไรที่เป็นตัวยึดนิวเคลียสไว้ด้วยกัน ในเมื่อโปรตอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกต่างผลักกันเองด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า และทั้งโปรตอนกับนิวตรอนก็มีสีเป็นกลาง งั้นอะไรเป็นตัวยึดนิวเคลียสไว้ด้วยกันล่ะ?

คำตอบก็ยังเป็น "แรงชนิดเข้ม" มันคงไม่ถูกตั้งชื่อว่าแรงชนิดเข้มหรอกถ้ามันไม่เข้มจริง หมายความว่าแรงชนิดเข้มระหว่างคว๊ากในโปรตอนตัวหนึ่งที่ยึดกับคว๊ากของโปรตอนอีกตัว มีค่า "เข้ม" กว่าแรงผลักจากประจุไฟฟ้า



เราเรียกแรงที่ยึดระหว่างคว๊ากของโปรตอนคนละตัวนี้ว่า "แรงเข้มตกค้าง" หรือ residual strong interaction และเจ้าแรงเข้มตกค้างนี่แหละทำหน้าที่เป็นกาวยึดนิวเคลียสให้อยู่ด้วยกัน





เรารู้ว่ามีคว๊ากและเล็พตรอนอยู่อย่างละ 6 ชนิด แต่สสารทั้งหลายที่เสถียรในจักรวาลดูเหมือนจะสร้างจากคว๊ากที่เบาที่สุด 2 ชนิด (คืออั๊พและดาวน์) เล็พตรอนชนิดมีประจุที่มีมวลน้อยที่สุด (คืออิเล็กตรอน) และนิวตริโน

แรงชนิดอ่อน (Weak interactions) เป็นแรงที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของคว๊ากหรือเล็พตรอนตัวโตให้กลายเป็นคว๊ากหรือเล็พตรอนตัวที่เล็กลง เมื่อเกิดการสลายตัวของอนุภาคมูลฐาน เราสังเกตพบว่าอนุภาคนั้นจะหายไป และมีอนุภาคชนิดใหม่อย่างน้อย 2 ชนิดเกิดขึ้นแทนที่ โดยผลรวมมวลและพลังงานยังเป็นไปตามกฏการอนุรักษ์ ไม่สูญหายไปไหน บางส่วนของมวลอนุภาคเดิมเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ ทำให้เกิดอนุภาคที่เล็กลงกว่าเดิมเมื่อมีการสลายตัว



สสารส่วนใหญ่รอบตัวเรานั้นสร้างจากคว๊ากและเล็พตรอนที่เล็กที่สุดอยู่แล้ว ดังนั้นมันจึงเสถียรไม่สามารถสลายตัวต่อไปได้อีก เมื่อคว๊ากหรือเล็พตรอนเปลี่ยนชนิด (เช่นมิวออนเปลี่ยนไปเป็นอิเล็กตรอน) เราจะเรียกว่ามันเปลี่ยน "รส" (flavor) การเปลี่ยนรสนี่แหละที่สัมพันธ์กับแรงชนิดอ่อน (weak interaction)

อนุภาคนำพาแรงชนิดอ่อนได้แก่อนุภาค W+, W- และ Z โดยอนุภาคกลุ่ม W เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนอนุภาค Z เป็นกลางทางไฟฟ้า คว๊ากแต่ละชนิดจะมีรสแตกต่างกัน คำว่า "รส" หรือ flavor นี้เป็นคำที่นักฟิสิกส์ใช้เรียกความแตกต่างระหว่างคว๊าก 6 ชนิด



แรงชนิดอ่อนแบบมีประจุสามารถเปลี่ยนรสของอนุภาคได้ ส่วนแรงชนิดอ่อนเนื่องจากอนุภาค Z ไม่สามารถเปลี่ยนรสของอนุภาคได้

เล็พตรอนก็มีรสเช่นเดียวกัน นอกจากรสแล้วเล็พตรอนยังมีหมายเลขอิเล็กตรอน หมายเลขมิวออน และหมายเลขเทา ซึ่งเป็นหมายเลขประจำตระกูล (ตามที่ได้อธิบายมาแล้วในบท What is the world made of?) ดังนั้นขณะที่รสของเล็พตรอนเปลี่ยนเนื่องจากแรงชนิดอ่อนแบบมีประจุ กระบวนการนี้ก็ต้องอนุรักษ์หมายเลขประจำตระกูลของเล็พตรอนด้วย

ทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐาน (The Standard Model) ได้รวมเอาแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงชนิดอ่อนไว้ด้วยกัน เรียกว่า "electroweak"

นักฟิสิกส์มีความเชื่อมายาวนานแล้วว่าแรงชนิดอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน และในแบบจำลองมาตรฐานก็ได้รวมแรงทั้ง 2 ไว้ด้วยกันเกิดเป็นทฤษฎี electroweak

นักฟิสิกส์พบว่าที่ระยะทางสั้นๆ (ประมาณ 10-19 เมตร) ความเข้มของแรงชนิดอ่อนมีค่าใกล้เคียงกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อไกลไปอีก 30 เท่า (ประมาณ 3 x 10-17 เมตร) ความเข้มของแรงชนิดอ่อนน้อยกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้า 10,000 เท่า และที่ระยะห่างเท่ากับรัสมีโปรตอน (ประมาณ 10-15 เมตร) แรงชนิดอ่อนก็มีค่ายิ่งน้อยลงไปอีก นักฟิสิกส์สรุปว่าที่จริงแล้วความเข้มของแรงทั้ง 2 ชนิดนี้เท่ากัน ความเข้มของแรง (the strength of the interactions) นั้นขึ้นอยู่กับมวลของอนุภาคนำพาแรงและระยะที่อนุภาคนำพาแรงต้องเคลื่อนที่ไปเพื่อทำปฏิกิริยาระหว่างกัน ข้อที่แตกต่างระหว่างผลการสังเกตแรงทั้ง 2 ชนิดนี้เนื่องมาจากอนุภาค W และ Z นั้นเป็นอนุภาคที่มีมวลมาก ในขณะที่โฟตอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีมวล





สนามโน้มถ่วงหรือแรงดึงดูดระหว่างมวลเป็นแรงที่ค่อนข้างแปลกประหลาด แน่นอนว่ามันเป็นแรงพื้นฐานตัวหนึ่งในเอกภพ แต่ทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานก็ไม่พบคำตอบที่น่าพอใจสำหรับอธิบายแรงชนิดนี้ และนี่ก็เป็นปัญหาหลักข้อหนึ่งที่ยังไม่มีคำตอบในวิชาฟิสิกส์ปัจจุบัน

อนุภาคนำพาแรงโน้มถ่วงก็ยังไม่ถูกค้นพบ แต่มีการทำนายว่ามันต้องมีตัวตนอยู่แน่ๆ รอการค้นพบโดยใครสักคนในสักวันข้างหน้า เราเรียกมันว่า "กราวิตอน" (graviton) แต่ก็มีความโชคดีอย่างหนึ่ง ผลกระทบจากแรงชนิดนี้มีค่าน้อยมากๆสำหรับฟิสิกส์อนุภาคเมื่อเปรียบเทียบกับ 3 แรงที่เหลือ ดังนั้นทางทฤษฎีและในการคำนวณแล้วเราสามารถตัดแรงชนิดนี้ทิ้งได้ นี่หมายความว่าทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานใช้งานได้โดยที่ไม่ต้องอธิบายเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงนั่นเอง






Create Date : 09 มิถุนายน 2550
Last Update : 12 กรกฎาคม 2551 19:23:58 น.
Counter : 1790 Pageviews.

0 comments
ชื่อ : * blog นี้ comment ได้เฉพาะสมาชิก
Comment :
 *ส่วน comment ไม่สามารถใช้ javascript และ style sheet
 

Zol.BlogGang.com

ศล
Location :
กรุงเทพ  Thailand

[ดู Profile ทั้งหมด]
 ผู้ติดตามบล็อก : 85 คน [?]

บทความทั้งหมด