Taispeánann léirshamhlú ar QCD an chaoi a n-imíonn péirí cáithníní / antiparticle as an bhfolús chandamach ar feadh méideanna an-bheag ama mar thoradh ar éiginnteacht Heisenberg. Tabhair faoi deara go dtagann tascanna ar leith dathanna ar na cairéil agus na seandachtaí féin a bhíonn i gcónaí ar an taobh eile den roth datha óna chéile. De réir rialacha an idirghníomhaíochta láidir, ní cheadaítear ach teaglaim gan dath. (DEREK B. LEINWEBER)

Níl Dathanna ag Quarks i ndáiríre

Dearg, glas agus gorm? Tá an rud a thugaimid 'muirear datha' air i bhfad níos suimiúla ná sin.

Ar leibhéal bunúsach, ní chinntear an réaltacht ach dhá airí inár Cruinne: an quanta a chuimsíonn gach rud atá ann agus na hidirghníomhaíochtaí a bhíonn eatarthu. Cé go bhféadfadh cuma casta a bheith ar na rialacha a rialaíonn seo go léir, tá an coincheap thar a bheith simplí. Tá an Cruinne comhdhéanta de ghiotáin scoite fuinnimh atá ceangailte i gcáithníní chandamach a bhfuil airíonna ar leith acu, agus idirghníomhaíonn na cáithníní sin lena chéile de réir dhlíthe na fisice atá mar bhunús lenár réaltacht.

Rialaíonn cuid de na hairíonna chandamach seo cibé an ndéanfaidh cáithnín idirghníomhú faoi fhórsa áirithe agus conas a idirghníomhaíonn sé. Tá fuinneamh ag gach rud, agus dá bhrí sin bíonn domhantarraingt ag gach rud. Ní bhíonn taithí ag na fórsaí eile ach ar na cáithníní a bhfuil na cineálacha cearta muirir acu, áfach, toisc go bhfuil na muirir sin riachtanach chun go dtarlóidh cúpláil. I gcás an fhórsa láidir núicléach, teastaíonn muirear datha ar cháithníní chun idirghníomhú. Amháin, níl dathanna ag cairéil i ndáiríre. Seo a bhfuil ar siúl ina ionad.

Meastar go mbeidh cáithníní agus frith-chomhábhair an tSamhail Chaighdeánaigh ann mar thoradh ar dhlíthe na fisice. Cé go léirímid go bhfuil dathanna nó frithdhúlagráin ag cairéil, seandachtaí agus gliúnna, níl anseo ach analaí. Tá an eolaíocht iarbhír níos suimiúla fós. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

Cé go mb’fhéidir nach dtuigfimid gach rud faoin réaltacht seo, tá cáithníní uile an tSamhail Chaighdeánaigh agus nádúr na gceithre fhórsa bunúsacha aimsithe againn - domhantarraingt, leictreamaighnéadas, an fórsa núicléach lag, agus an fórsa láidir núicléach - a rialaíonn a n-idirghníomhaíochtaí. Ach ní bhíonn gach idirghníomhaíocht ag gach cáithnín; teastaíonn an cineál ceart muirir uait as sin.

As na ceithre fhórsa bunúsacha, tá fuinneamh ag gach cáithnín dó, fiú cáithníní gan mhais cosúil le fótóin. Chomh fada agus a bhíonn fuinneamh agat, bíonn an fórsa imtharraingthe agat. Thairis sin, níl ach cineál amháin de mhuirear imtharraingthe ann: fuinneamh dearfach (nó mais). Ar an gcúis seo, tá an fórsa imtharraingthe tarraingteach i gcónaí, agus tarlaíonn sé idir gach rud atá ann sa Cruinne.

Cuidíonn léargas beoite ar an gcaoi a bhfreagraíonn am spáis de réir mar a ghluaiseann mais tríd agus é ag taispeáint conas go cáilíochtúil nach bileog fabraice amháin é. Ina áit sin, bíonn an spás go léir féin cuartha ag láithreacht agus airíonna an ábhair agus an fhuinnimh laistigh den Cruinne. Tabhair faoi deara go bhfuil an fórsa imtharraingthe tarraingteach i gcónaí, toisc nach bhfuil ann ach cineál maise / fuinnimh amháin (dearfach). (LUCASVB)

Tá leictreamaighnéadas rud beag níos casta. In ionad cineál amháin de mhuirear bunúsach, tá dhá cheann ann: muirir leictreacha dearfacha agus diúltacha. Nuair a bhíonn muirir cosúil (dearfach agus dearfach nó diúltach agus diúltach) ag idirghníomhú, déanann siad athchur, agus nuair a bhíonn muirir os coinne (dearfach agus diúltach) ag idirghníomhú, tarraingíonn siad.

Tugann sé seo deis spreagúil nach ndéanann domhantarraingt: an cumas stát faoi cheangal a bheith aige nach bhfeidhmíonn glanfhórsa ar réad seachtrach, a ghearrtar ar leithligh. Nuair a cheanglaíonn méideanna comhionanna de mhuirir dearfacha agus diúltacha le chéile i gcóras amháin, faigheann tú réad neodrach: ceann gan aon ghlanmhuirear air. Bíonn fórsaí tarraingteacha agus / nó aisiompacha ag muirir saor in aisce, ach ní dhéanann córais neamh-urscaoilte. Sin an difríocht is mó idir imtharraingt agus leictreamaighnéadas: an cumas córais neodracha a bheith comhdhéanta de mhuirir leictreacha neamh-nialasacha.

Tá foirmeacha beagnach mar an gcéanna ag dlí imtharraingthe uilíoch Newton (L) agus dlí Coulomb maidir le leictreastatach (R), ach osclaíonn an difríocht bhunúsach de chineál amháin vs dhá chineál luchtaithe domhan féidearthachtaí nua don leictreamaighnéadas. (DENNIS NILSSON / RJB1 / E. SIEGEL)

Dá mbeimis ag samhlú an dá fhórsa seo taobh le taobh, b’fhéidir go gceapfá go bhfuil dhá threo ag leictreamaighnéadas, cé nach bhfuil ach treo amháin ag an imtharraingt. Is féidir le muirir leictreacha a bheith dearfach nó diúltach, agus ceadaíonn na teaglamaí éagsúla dearfacha-dearfacha, dearfacha-diúltacha, diúltacha-dearfacha agus diúltacha-diúltacha tarraingt agus aisiompú. Os a choinne sin, níl ach cineál amháin luchtaithe ag imtharraingt, agus dá bhrí sin níl ach cineál fórsa amháin ann: tarraingt.

Cé go bhfuil dhá chineál luchtaithe leictreachais ann, ní thógann sé ach cáithnín amháin chun aire a thabhairt do ghníomh tarraingteach agus athchleachtach an leictreamaighnéadaigh: an fótón. Tá struchtúr réasúnta simplí ag an bhfórsa leictreamaighnéadach - dhá mhuirear, mar a mheallann cinn a mhaisíonn agus codarsnachtaí - agus is féidir le cáithnín amháin, an fótón, éifeachtaí leictreacha agus maighnéadacha a chur san áireamh. Go teoiriciúil, d’fhéadfadh cáithnín amháin, an imtharraingt, an rud céanna a dhéanamh le haghaidh imtharraingthe.

Sa lá atá inniu ann, úsáidtear léaráidí Feynman chun gach idirghníomhaíocht bhunúsach a chuimsíonn na fórsaí láidre, laga agus leictreamaighnéadacha a ríomh, lena n-áirítear i ndálaí ardfhuinnimh agus íseal-teocht / comhdhlúite. Tá na hidirghníomhaíochtaí leictreamaighnéadacha, a thaispeántar anseo, uile á rialú ag cáithnín amháin a iompraíonn fórsa: an fótón. (DE CARVALHO, VANUILDO S. ET AL. NUCL.PHYS. B875 (2013) 738–756)

Ach ansin, ar bhonn go hiomlán difriúil, tá an fórsa láidir ann. Tá sé cosúil le domhantarraingt agus leictreamaighnéadas, sa mhéid is go bhfuil cineál nua luchtaithe ann agus féidearthachtaí nua d’fhórsa a bhaineann leis.

Má smaoiníonn tú ar núicléas adamhach, caithfidh tú a aithint láithreach go gcaithfidh fórsa breise a bheith ann atá níos láidre ná an fórsa leictreach, ar shlí eile bheadh ​​an núicléas, déanta as prótóin agus neodróin, ag eitilt óna chéile mar gheall ar eibleacht leictreach. Is é an fórsa láidir núicléach atá ainmnithe go cruthaitheach an páirtí freagrach, toisc go bhfuil muirir leictreacha agus cineál nua luchtaithe ag comhábhair prótón agus neodrón, cairéil: muirear datha.

Is é an analaí dath dearg-uaine-gorm, cosúil le dinimic QCD, an chaoi a ndéantar feiniméin áirithe laistigh den Mhúnla Caighdeánach agus lasmuigh de a choincheapú. Is minic go dtógtar an analaí níos faide ná coincheap an mhuirir datha, mar shampla tríd an síneadh ar a dtugtar technicolor. (ÚSÁIDEOIR WIKIPEDIA BB3CXV)

Murab ionann agus a mbeifeá ag súil leis, áfach, níl aon dath i gceist ar chor ar bith. Is é an chúis a dtugaimid muirear datha air ná toisc in ionad cineál bunúsach, tarraingteach muirir (cosúil le domhantarraingt), nó dhá chineál muirear bunúsach (dearfach agus diúltach, cosúil le leictreamaighnéadas), tá an fórsa láidir á rialú ag trí chineál bunúsacha muirir , agus géilleann siad do rialacha an-difriúla ná na fórsaí eile atá níos eolaí.

Maidir le muirir leictreacha, is féidir muirear dearfach a chealú le muirear comhionann agus muirear contrártha - muirear diúltach - den mhéid céanna. Ach maidir le muirir datha, tá trí chineál bunúsacha muirir agat. D’fhonn muirear aon dath de chineál amháin a chealú, teastaíonn ceann amháin de gach dara agus tríú cineál uait. Mar thoradh ar an teaglaim de líon comhionann de na trí chineál tá teaglaim ar a dtugaimid “gan dath,” agus is é gan dath an t-aon teaglaim de cháithníní ilchodacha atá seasmhach.

Tá muirir datha ar quarks agus antiquarks, a idirghníomhaíonn leis an bhfórsa láidir núicléach, a fhreagraíonn do dhearg, glas agus gorm (do na cairéil) agus cian, mageanta agus buí (do na seandachtaí). Ceadaítear aon teaglaim gan dath, bíodh sé dearg + glas + gorm, cian + buí + mageanta, nó an teaglaim iomchuí dath / anticolor, faoi rialacha an fhórsa láidir. (OLLSCOIL ATHABASCA / COIMISIÚN WIKIMEDIA)

Oibríonn sé seo go neamhspleách le haghaidh cairéil, a bhfuil muirear dath dearfach orthu, agus seandachtaí, a bhfuil muirear datha diúltach orthu. Má phictiúr tú roth datha, b’fhéidir go gcuirfeá dearg, glas agus gorm ag trí shuíomh chomhlántacha, cosúil le triantán comhshleasach. Ach bheadh ​​idir dearg agus glas buí; idir glas agus gorm a bheadh ​​cian; idir dearg agus gorm a bheadh ​​magenta.

Freagraíonn na muirir datha seo idir dathanna na n-antiparticles: na frithdhúlagráin. Tá Cian mar an gcéanna le frith-dhearg; tá magenta mar an gcéanna le frith-ghlas; tá buí mar an gcéanna le frith-ghorm. Díreach mar a d’fhéadfá trí chairéal a chur suas le dathanna dearga, glasa agus gorma chun teaglaim gan dath a dhéanamh (cosúil le prótón), d’fhéadfá trí sheaniarsmaí a chur suas le dathanna cian, mageanta agus buí chun teaglaim gan dath a dhéanamh (cosúil le antiproton).

Tá teaglaim de thrí chairéal (RGB) nó trí sheaniarsmaí (CMY) gan dath, mar aon le teaglaim iomchuí de chairéil agus de sheaniarsmaí. Tá na malartuithe gluon a choinníonn na heintitis seo seasmhach casta go leor. (COMHALTAÍ MASCHEN / WIKIMEDIA)

Má tá aon rud ar eolas agat faoi dhath, b’fhéidir go dtosófá ag smaoineamh ar bhealaí eile chun teaglaim gan dath a ghiniúint. Dá n-oibreodh trí dhath dhifriúla nó trí fhrithdhúlagrán dhifriúla, b’fhéidir go dtiocfadh an teaglaim cheart dath-anticolor leat ansin?

Go deimhin, is féidir leis. D’fhéadfá an teaglaim cheart de quark agus antiquark a mheascadh le chéile chun cáithnín ilchodach gan dath a tháirgeadh, ar a dtugtar meson. Oibríonn sé seo, mar gheall ar:

  • dearg agus cian,
  • glas agus mageanta,
  • agus gorm agus buí

is teaglaim gan dath iad uile. Fad a chuireann tú le muirear glan gan dath, ceadaíonn rialacha an fhórsa láidir duit a bheith ann.

Cinntíonn an teaglaim de quark (RGB) agus antiquark comhfhreagrach (CMY) i gcónaí go bhfuil an meson gan dath. (ARMY1987 / TIMOTHYRIAS OF WIKIMEDIA COMMONS)

D’fhéadfadh sé seo d’intinn a thosú síos roinnt cosán spéisiúil. Más teaglaim gan dath é dearg + glas + gorm, ach go bhfuil dath dearg + cian gan dath freisin, an gciallaíonn sé sin go bhfuil glas + gorm mar an gcéanna le cian?

Tá sé sin ceart go leor. Ciallaíonn sé gur féidir leat quarc aonair (daite) a bheith péireáilte le haon cheann díobh seo a leanas:

  • dhá chairéal breise,
  • seandacht amháin,
  • trí chairéal breise agus seandacht amháin,
  • cuarc breise amháin agus dhá sheaniarsmaí,
  • cúig chairéal breise,

nó aon teaglaim eile as a dtagann iomlán gan dath. Nuair a chloiseann tú faoi cháithníní coimhthíocha cosúil le teitreacair (dhá chairéal agus dhá sheaniarsmaí) nó pentaquarks (ceithre chairéal agus seandachtaí amháin), bíodh a fhios agat go gcloíonn siad leis na rialacha seo.

Le sé chairéal agus sé sheaniarsmaí le roghnú, áit ar féidir a gcuid spins a bheith 1/2, 3/2 nó 5/2, táthar ag súil go mbeidh níos mó féidearthachtaí pentaquark ann ná na féidearthachtaí baryon agus meson go léir le chéile. Is é an t-aon riail, faoin bhfórsa láidir, ná go gcaithfidh gach teaglaim den sórt sin a bheith gan dath. (COMHTHÁTHÚ CERN / LHC / LHCB)

Ach níl sa dath ach analaí, agus brisfidh an analaí sin síos go gasta má thosaíonn tú ag breathnú air go ró-mhionsonraithe. Mar shampla, is é an bealach a n-oibríonn an fórsa láidir trí ghlútan a mhalartú, a bhfuil teaglaim dath-anticolor leo. Más cuarc gorm tú agus go n-astaíonn tú gluon, b’fhéidir go n-athróidh tú go cuarc dearg, rud a chiallaíonn go raibh cian (frith-dhearg) agus muirear dath gorm sa ghluon a astaíonn tú, rud a chuireann ar do chumas dath a chaomhnú.

D’fhéadfá smaoineamh, ansin, le trí dhath agus trí fhrithdhúl, go mbeadh naoi gcineál gluon ann a d’fhéadfá a bheith agat. Tar éis an tsaoil, má mheaitseálann tú gach ceann de dhearg, glas agus gorm le cian, mageanta agus buí, tá naoi teaglaim fhéideartha ann. Is é seo an chéad buille faoi thuairim maith, agus tá sé beagnach ceart.

Tá an fórsa láidir, ag feidhmiú mar a dhéanann sé mar gheall ar 'luchtú datha' agus malartú gliúnna, freagrach as an bhfórsa a choinníonn núicléis adamhacha le chéile. Caithfidh teaglaim dath / anticolor a bheith i gluon ionas go mbeidh an fórsa láidir ag iompar mar a chaithfidh sé, agus a dhéanann sé. (WIKIMEDIA COMMONS USER QASHQAIILOVE)

Mar a tharlaíonn sé, áfach, níl ach ocht glútan ann. Samhlaigh gur quark dearg tú, agus astaíonn tú gluon dearg / magenta. Tá tú chun an cuarc dearg a iompú ina chuarc glas, mar sin mar a chaomhnaíonn tú dath. Ansin gheobhaidh an gluon sin cuarc glas, áit a ndéanfaidh an mageanta díothú leis an nglas agus fágfaidh sé an dath dearg ina dhiaidh. Ar an mbealach seo, déantar dathanna a mhalartú idir cáithníní daite a idirghníomhú.

Ní maith leis an líne smaointeoireachta seo ach sé cinn de na glútan, áfach:

  • dearg / magenta,
  • dearg / buí,
  • glas / cian,
  • glas / buí,
  • gorm / cian, agus
  • gorm / magenta.

Nuair a ritheann tú isteach sna trí fhéidearthacht eile - dearg / cian, glas / mageanta, agus gorm / buí - tá fadhb ann: tá siad uile gan dath.

Nuair a bhíonn trí theaglaim datha / anticolor agat atá indéanta agus gan dath, meascfaidh siad le chéile, ag táirgeadh dhá ghlútan ‘fíor’ atá neamhshiméadrach idir na teaglamaí éagsúla dathanna / anticolor, agus ceann atá go hiomlán siméadrach. Níl ach fíorcháithníní mar thoradh ar an dá chomhcheangal frithshiméadrach. (E. SIEGEL)

San fhisic, aon uair a bhíonn cáithníní agat a bhfuil na huimhreacha chandamach céanna acu, meascann siad le chéile. Meascann na trí chineál glútan seo, iad uile gan dath, le chéile i ndáiríre. Tá na sonraí faoin gcaoi a meascann siad domhain go leor agus téann siad níos faide ná scóip earra neamhtheicniúil, ach déanann tú dhá theaglaim a fhoirceannadh atá ina meascán neamhchothrom de na trí dathanna agus frithdhúlagráin éagsúla, mar aon le teaglaim amháin atá ina meascán de gach na péirí dathanna / anticolor go cothrom.

Tá an ceann deireanach sin fíor-gan dath, agus ní féidir leis idirghníomhú go fisiciúil le haon cheann de na cáithníní nó na frith-chomhábhair le muirir datha. Dá bhrí sin, níl ach ocht glútan fisiciúla ann. Is éard atá i gceist le malartú glútan idir cairéil (agus / nó seandachtaí), agus cáithníní gan dath idir cáithníní eile gan dath, a cheanglaíonn núicléis adamhacha le chéile.

D’fhéadfadh eintitis gan dath a bheith i bprótóin agus neodróin aonair, ach tá fórsa láidir iarmharach eatarthu fós. Is féidir an t-ábhar ar fad atá ar eolas sa Cruinne a roinnt ina adamh, ar féidir iad a roinnt ina núicléis agus ina leictreoin, áit ar féidir núicléis a roinnt níos faide fós. B’fhéidir nár shroich muid teorainn na roinnte fós, nó an cumas cáithnín a ghearradh ina ilchodanna, ach is cosúil gur maoin bhunúsach de chairéil, seandachtaí agus gliúnna an rud a thugaimid muirear datha air, nó a mhuirearú faoi na hidirghníomhaíochtaí láidre. (WIKIMEDIA COMMONS USER MANISHEARTH)

B’fhéidir go nglaoimid muirear datha air, ach géilleann an fórsa láidir núicléach do rialacha atá uathúil i measc na bhfeiniméan go léir sa Cruinne. Cé go dtugaimid dathanna do chairéil, frithdhúlagráin do sheaniarsmaí, agus teaglaim dath-anticolor do ghlútan, níl ann ach analaí teoranta. Déanta na fírinne, níl dath ar chor ar bith ar aon cheann de na cáithníní nó na frith-chomhábhair, ach ní chloíonn siad ach le rialacha idirghníomhaíochta a bhfuil trí chineál bunúsacha muirir iontu, agus ní cheadaítear ach teaglaim nach bhfuil aon ghlanmhuirear faoin gcóras seo a bheith ann.

Is é an t-idirghníomhaíocht intricate seo an t-aon fhórsa is eol a fhéadann an fórsa leictreamaighnéadach a shárú agus dhá cháithnín de mhuirear leictreach cosúil a cheangal le chéile i struchtúr seasmhach amháin: an núicléas adamhach. Níl dathanna ag Quarks i ndáiríre, ach tá muirir orthu mar a rialaítear leis an idirghníomhaíocht láidir. Is leis na hairíonna uathúla seo amháin is féidir na bloic thógála ábhair a chur le chéile chun na Cruinne a bhfuilimid ag maireachtáil ann inniu a tháirgeadh.

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar scríofa ag Ethan, Beyond The Galaxy, agusTreknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.