ทฤษฎีสนามควอนตัมและอันตรกิริยาพื้นฐาน

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ทฤษฎีสนามควอนตัมและอันตรกิริยาพื้นฐาน

ทฤษฎีสนามควอนตัม vs. อันตรกิริยาพื้นฐาน

ทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum Field Theory หรือ QFT) คือทฤษฎีควอนตัมของสนามพลังงาน หรือ การใช้ทฤษฎีควอนตัมมาใช้กับระบบที่มีอนุภาคจำนวนมาก เพื่อใช้อธิบายปรากฏการณ์ทาง อิเล็กโตรไดนามิกส์ (โดยการควอนตัมสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) เรียกว่าพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม (Quantum Electrodynamics) ต่อมาได้ขยายกรอบทางทฤษฎีเพื่ออธิบายสนามของแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนร่วมด้วย เรียกว่าทฤษฎี อิเล็กโตร-วีก (Electro-Weak Theory) และเป็นพื้นฐานสำหรับการอธิบายแรงนิวเคลียร์แบบเข้มที่เรียกว่า ควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (Quantum Chromodynamics) ทฤษฎีสนามควอนตัม (QFT) เป็นกรอบทฤษฎีสำหรับการสร้างแบบจำลองทางกลศาสตร์ควอนตั้มของสนามและระบบหลาย ๆ อย่างของวัตถุ (อยู่ในบริบทของสสารควบแน่น) ระบบทั้งสองซึ่งเป็นตัวแทนของระบบแบบคลาสสิกโดยเป็นจำนวนอนันต์ขององศาอิสร. อันตรกิริยาพื้นฐาน (fundamental interaction; บางครั้งก็เรียกว่า แรงพื้นฐาน) ในทางฟิสิกส์ คือวิธีการที่อนุภาคชนิดเรียบง่ายที่สุดในเอกภพกระทำต่อกันและกัน อันตรกิริยานั้นจะถือว่าเป็นอันตรกิริยาพื้นฐานเมื่อมันไม่สามารถอธิบายในรูปแบบอันตรกิริยาอื่นใดได้อีก มีอันตรกิริยาพื้นฐานอยู่ 4 ชนิดที่เรารู้จัก ได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า อันตรกิริยาอย่างเข้ม อันตรกิริยาอย่างอ่อน (บางครั้งก็เรียกว่า แรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม กับ แรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อน) และแรงโน้มถ่วง แรงสามชนิดแรกนั้นสามารถอธิบายได้ในรูปแบบของกระบวนการคำนวณต่างๆ ด้วยทฤษฎีที่เรียกชื่อว่า perturbation theory โดยการพิจารณาการแลกเปลี่ยนโบซอนระหว่างอนุภาค ตารางต่อไปนี้แสดงข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอันตรกิริยาแบบต่างๆ ค่าของแรงสัมพัทธ์และระยะที่มีผลที่แสดงในตารางนี้ จะมีความหมายก็ต่อเมื่ออยู่ในกรอบการพิจารณาทางทฤษฎีเท่านั้น พึงทราบด้วยว่าข้อมูลในตารางนี้อ้างอิงจากแนวคิดหลักซึ่งยังเป็นหัวข้อวิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่ ในฟิสิกส์แผนใหม่ อันตรกิริยาระหว่างอนุภาคมักจะอธิบายได้ในรูปของการแลกเปลี่ยนหรือการคายและดูดกลืนแบบต่อเนื่องของอะไรบางอย่างที่เรียกอนุภาคสนาม (field particles) หรือ อนุภาคแลกเปลี่ยน (exchange particles) ในกรณีอันตรกิริยาไฟฟ้าอนุภาคสนามก็คือ โฟตอน (photon) ในภาษาของฟิสิกส์แผนใหม่เรากล่าวว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีโฟตอนเป็นสื่อ (mediated) หรือพาหะ (carrier) และโฟตอนก็เป็นอนุภาคสนามของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นกัน แรงนิวเคลียร์ก็มีสื่อเรียก      กลูออน (gluons) (ที่มีชื่อเช่นนี้ เพราะมัน “ยึดติด” นิวคลีออนไว้ด้วยกันเหมือนกาว) แรงอ่อนมีอนุภาคสนามเป็นสื่อ ชื่อ W และ Z โบซอน (bosons) และแรงโน้มถ่วงมีอนุภาคสนามเป็นพาหะเรียก      แกรวิตอน (gravitons) อันตรกิริยาเหล่านี้ พิสัยและความเข้มสัมพัทธ์ของมัน.

อันตรกิริยาอย่างอ่อน

อิเล็กตรอนปฏินิวทรืโนอย่างละหนึ่งตัว ในฟิสิกส์ของอนุภาค อันตรกิริยาอย่างอ่อน (weak interaction) หรือบางครั้งเรียกกันทั่วไปว่า แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force) เป็นกลไกที่รับผิดชอบแรงอ่อนหรือแรงนิวเคลียร์อ่อน แรงนี้เป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐาน่ของธรรมชาติที่รู้จักกันดีในการปฏิสัมพันธ์, แรงที่เหลือได้แก่อันตรกิริยาอย่างเข้ม, แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง อันตรกิริยาอย่างอ่อนเป็นผู้รับผิดชอบต่อการสลายให้กัมมันตรังสีของอนุภาคย่อยของอะตอม และมันมีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ทฤษฎีของอันตรกิริยาอย่างอ่อนบางครั้งเรียกว่าควอนตัม flavordynamics (QFD), คล้ายกับ QCD และ QED, แต่คำนี้ที่ไม่ค่อยได้ใช้เพราะแรงอ่อนเป็นที่เข้าใจกันดีที่สุดในแง่ของทฤษฎีไฟฟ้าอ่อน (electro-weak theory (EWT)) ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค อันตรกิริยาอย่างอ่อนเกิดจากการปล่อยหรือการดูดซึมของ W และ Z โบซอน อนุภาคทุกตัวในตระกูลเฟอร์มิออนที่รู้จักกันแล้วมีปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านทางอันตรกิริยาอย่างอ่อน อนุภาคเหล่านั้นมีสปินครึ่งจำนวนเต็ม (หนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาค) พวกมันสามารถเป็นอนุภาคมูลฐานเช่นอิเล็กตรอนหรืออาจจะเป็นอนุภาคผสมเช่นโปรตอน มวลของ W+ W- และ Z โบซอน แต่ละตัวจะมีขนาดใหญ่กว่ามวลของโปรตอนหรือของนิวตรอนอย่างมาก สอดคล้องกับช่วงระยะทำการที่สั้นของแรงที่อ่อน แรงถูกเรียกว่าอ่อนเพราะความแรงของสนามในระยะทางที่กำหนดโดยทั่วไปจะมีขนาดเป็นเลขยกกำลังที่น้อยกว่าแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามาก ๆ ในช่วงยุคของควาร์ก แรงไฟฟ้าอ่อน (electroweak force) แยกออกเป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้​​าและแรงอ่อน ตัวอย่างที่สำคัญของอันตรกิริยาอย่างอ่อนได้แก่การสลายให้อนุภาคบีตา และการผลิตดิวเทอเรียมจากไฮโดรเจนที่จำเป็นเพื่อให้พลังงานในกระบวนการเทอร์โมนิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์ เฟอร์มิออนส่วนใหญ่จะสลายตัวโดยอันตรกิริยาอย่างอ่อนไปตามเวลา การสลายตัวดังกล่าวยังทำให้การหาอายุด้วยวืธีเรดิโอคาร์บอน (radiocabon dating) มีความเป็นไปได้เมื่อคาร์บอน-14 สูญสลายผ่านอันตรกิริยาอย่างอ่อนกลายเป็นไนโตรเจน-14 นอกจากนี้มันยังสามารถสร้างสารเรืองแสงรังสี (radioluminescence) ที่ใช้กันทั่วไปในการส่องสว่างทริเทียม (tritium illumination) และในสาขาที่เกี่ยวข้องกับ betavoltaics ควาร์กเป็นผู้สร้างอนุภาคผสมเช่นนิวตรอนและโปรตอน ควาร์กมีหกชนิดที่เรียกว่า "ฟเลเวอร์" (flavour) ได้แก่ อัพ, ดาวน์, สเตรนจ์, ชาร์ม, ทอปและบอตทอม - ซึ่งเป็นคุณสมบัติของอนุภาคผสมเหล่านั้น อันตรกิริยาอย่างอ่อนเป็นหนึ่งเดียวในแง่ที่ว่ามันจะยอมให้ควาร์กสามารถที่จะสลับฟเลเวอร์ของพวกมันไปเป็นอย่างอื่นได้ ตัวอย่างเช่นในระหว่างการสลายตัวในอนุภาคบีตาลบ ดาวน์ควาร์กตัวหนึ่งสลายตัวกลายเป็นอัพควาร์ก เป็นการแปลงนิวตรอนให้เป็นโปรตอน นอกจากนี้อันตรกิริยาอย่างอ่อนยังเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอย่างเดียวเท่านั้นที่ทำลายการสมมาตรแบบเท่าเทียมกัน และในทำนองเดียวกัน มันเป็นอย่างเดียวเท่านั้นที่ทำลาย CP-สมมาตร.

ทฤษฎีสนามควอนตัมและอันตรกิริยาอย่างอ่อน · อันตรกิริยาพื้นฐานและอันตรกิริยาอย่างอ่อน · ดูเพิ่มเติม »

อันตรกิริยาอย่างเข้ม

นืวเคลียสของอะตอมฮีเลียม โปรตอนสองตัวมีประจุเท่ากัน แต่ยังคงติดอยู่ด้วยกันเนื่องจากแรงของนิวเคลียสที่เหลือค้างอยู่ ในฟิสิกส์ของอนุภาค อันตรกิริยาอย่างเข้ม เป็นกลไกที่รับผิดชอบต่อแรงนิวเคลียสอย่างเข้ม (หรือบางครั้งเรียกกันทั่วไปว่า แรงอย่างเข้ม, แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม, หรือ แรงสี) ที่ดึงดูดอนุภาคควาร์กมากกว่าหนึ่งตัว ให้รวมกันอยู่ในรูปของโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอะตอมได้ อันตรกิริยาอย่างเข้มเป็นหนึ่งในสี่ของแรงพื้นฐานจากธรรมชาติที่รู้จักกันดี แรงที่เหลือได้แก่ อันตรกิริยาอย่างอ่อน, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และ แรงโน้มถ่วง ทั้ง ๆ ที่มันจะทำงานที่ระยะห่างเพียงหนึ่งเฟมโตเมตร (10-15 เมตร) มันก็เป็นแรงที่เข้มที่สุด คือประมาณ 100 เท่าของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า, หนึ่งล้านเท่าของอันตรกิริยาอย่างอ่อน และ 1038 ของแรงโน้มถ่วง มันสร้างความมั่นใจในความเสถียรของสสารทั่วไป โดยการควบคุมพวกควาร์กให้รวมตัวกันเป็นอนุภาคแฮดรอน เช่นเป็นโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ใหญ่ที่สุดของมวลของสสารทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้น ส่วนใหญ่ของมวล-พลังงานของโปรตอนหรือนิวตรอนที่พบทั่วไปจะอยู่ในรูปแบบของพลังงานสนามแรงอย่างเข้ม นั่นคือควาร์กแต่ละตัวจะมีส่วนประมาณ 1% ของมวล-พลังงานของโปรตอนเพียงหนึ่งตัวเท่านั้น.

ทฤษฎีสนามควอนตัมและอันตรกิริยาอย่างเข้ม · อันตรกิริยาพื้นฐานและอันตรกิริยาอย่างเข้ม · ดูเพิ่มเติม »

อนุภาค

อนุภาค หมายถึงสสารที่มีปริมาณน้อยมากหรือเล็กมาก อาจหมายถึง; ในเคมี.

ทฤษฎีสนามควอนตัมและอนุภาค · อนุภาคและอันตรกิริยาพื้นฐาน · ดูเพิ่มเติม »