อันตรกิริยาพื้นฐานและเลปตอน

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง อันตรกิริยาพื้นฐานและเลปตอน

อันตรกิริยาพื้นฐาน vs. เลปตอน

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. อนุภาคต่างๆ ใน แบบจำลองมาตรฐาน เลปตอน (Lepton) เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่มีสปิน (ฟิสิกส์)ครึ่งจำนวนเต็ม (สปิน) และไม่ประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม เลปตอนแบ่งออกเป็นสองชั้นหลัก ได้แก่ เลปตอนที่มีประจุไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่า เลปตอนที่เหมือนอิเล็กตรอน) และเล็ปตอนนิวทรัล (เล็ปตอนเป็นกลาง) (หรือที่เรียกว่า นิวทรืโน) เลปตอนที่มีประจุสามารถรวมกับอนุภาคอื่นกลายเป็น อนุภาคผสมหลายอย่าง เช่นอะตอมและโพซิโทรเนียม ในขณะที่นิวทริโนยากที่จะปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่น ดังนั้นมันจึงยากที่จะถูกพบเห็น พวกเลปตอนที่รู้จักกันดีคือ อิเล็กตรอน มีเลปตอนอยู่ทั้งสิ้น 6 ชนิด (flavour) แยกเป็น 3 ชั่วรุ่น (generation) ชั่วรุ่นที่หนึ่งเรียกว่า เลปตอนอิเล็กตรอน ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (e-) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (Ve) ชั่วรุ่นที่สองคือ เลปตอนมิวออน ประกอบด้วย มิวออน (μ-) และ มิวออนนิวตริโน (Vμ) ชั่วรุ่นที่สามคือ เลปตอนเทา ประกอบด้วย เทา (อนุภาค) (T-) และ เทานิวตริโน (VT) อิเล็กตรอนมีมวลน้อยที่สุดในหมู่เลปตอนที่มีประจุทั้งหมด มิวออนและเทาที่หนักที่สุดจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วไปเป็นอิเล็กตรอนผ่านทางกระบวนการของการสลายอนุภาค ซึ่งเป็นการแปลงจากสถานะมวลมากไปเป็นสถานะมวลน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเสถียรและเป็นเลปตอนแบบมีประจุที่พบมากที่สุดในจักรวาล ในขณะที่มิวออนและเทาสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้เพียงแต่ในการชนกันที่พลังงานฟิสิกส์ที่สูงเท่านั้น (เช่นพวกที่เกี่ยวกับรังสีคอสมิกและพวกที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาค เลปตอนมีคุณสมบัติที่เป็นเนื้อแท้หลายอย่าง รวมทั้ง ประจุไฟฟ้า สปิน และ มวล อย่างไรก็ตาม มันแตกต่างจากควาร์ก เพราะไม่อยู่ภายใต้ อันตรกิริยาอย่างเข้ม แต่อาจอยู่ภายใต้อันตรกิริยาพื้นฐานอื่นอีกสามอย่าง ซึ่งได้แก่ แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ไม่รวมพวกนิวทริโนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า) และ อันตรกิริยาอย่างอ่อน สำหรับทุกเฟลเวอร์ของเลปตอน พวกมันมี ปฏิยานุภาค เรียกว่า ปฏิเลปตอน ที่แตกต่างกันเฉพาะบางส่วนของคุณสมบัติ ซึ่งปฏิเลปตอนจะมี 'ขนาดเท่ากันแต่เครื่องหมายตรงข้าม' และบางทฤษฎีกล่าวว่านิวทริโนอาจเป็นตัวปฏิปักษ์ของมันเอง ซึ่งปัจจุบันยังไม่มีใครรู้ว่าเป็นเช่นนั้นจริงหรือไม่ เลปตอนที่มีประจุตัวแรกคือ อิเล็กตรอน ถูกตั้งทฤษฎีในกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคน และถูกค้นพบในปี 1897 โดย J. J. Thomson. เลปตอนตัวต่อมาที่ถูกค้นพบคือมิวออน โดย Carl D. Anderson ในปี 1936 ซึ่งในขณะนั้นถูกระบุว่าเป็นมีซอน การศึกษาต่อมาพบว่า มิวออนไม่มีคุณสมบัติของมีซอนอย่างที่คาดไว้ แต่ประพฤฒิตัวเหมือนอิเล็กตรอน เพียงแต่มีมวลมากกว่า ต้องใช้เวลาถึงปี 1947 เพื่อให้ได้หลักการของ "เลปตอน" ว่าเป็นครอบครัวหนึ่งของอนุภาคที่จะถูกนำเสนอ นิวทริโน และ อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกนำเสนอโดย Wolfgang Pauli ในปี 1930 เพื่ออธิบายลักษณะที่แน่นอนของ การสลายให้อนุภาคบีตา มันถูกสังเกตเห็นในการทดลองของ Cowan–Reines ที่ดำเนินการโดย Clyde Cowan และ Frederick Reines ในปี 1956. มิวออนนิวทริโน ถูกค้นพบในปี 1962 โดย Leon M. Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger, และ เทา ถูกค้นพบระหว่างปี 1974 ถีงปี 1977 โดย Martin Lewis Perl และเพื่อนร่วมงานจาก Stanford Linear Accelerator Center และ Lawrence Berkeley National Laboratory. ขณะที่ เทานิวทริโน เพิ่งถูกประกาศการค้นพบ เมื่อ กรกฎาคม 2000 โดย DONUT collaboration จาก Fermilab เลปตอนเป็นชิ้นส่วนสำคัญใน แบบจำลองมาตรฐาน อิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบของอะตอม เคียงข้างกับ โปรตอน และ นิวตรอน ขณะที่ อะตอมแปลก ซึ่งมีมิวออนและเทา แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน สามารถถูกสังเคราะห์ขึ้นได้ เช่นเดียวกับอนุภาค เลปตอน-ปฏิเลปตอน เช่น โพซิโทรเนียม.

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.

อันตรกิริยาพื้นฐานและอันตรกิริยาอย่างอ่อน · อันตรกิริยาอย่างอ่อนและเลปตอน · 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.

อันตรกิริยาพื้นฐานและอันตรกิริยาอย่างเข้ม · อันตรกิริยาอย่างเข้มและเลปตอน · ดูเพิ่มเติม »

ความโน้มถ่วง

หมุนรอบดวงอาทิตย์ ไม่หลุดออกจากวงโคจร (ภาพไม่เป็นไปตามอัตราส่วน) ความโน้มถ่วง (gravity) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งทำให้วัตถุกายภาพทั้งหมดดึงดูดเข้าหากัน ความโน้มถ่วงทำให้วัตถุกายภาพมีน้ำหนักและทำให้วัตถุตกสู่พื้นเมื่อปล่อย แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่แรงหลัก ซึ่งประกอบด้วย แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และ แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ในจำนวนแรงทั้งสี่แรงหลัก แรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยที่สุด ถึงแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นแรงที่เราไม่สามารถรับรู้ได้มากนักเพราะความเบาบางของแรงที่กระทำต่อเรา แต่ก็เป็นแรงเดียวที่ยึดเหนี่ยวเราไว้กับพื้นโลก แรงโน้มถ่วงมีความแรงแปรผันตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง ไม่มีการลดทอนหรือถูกดูดซับเนื่องจากมวลใดๆ ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สำคัญมากในการยึดเหนี่ยวเอกภพไว้ด้วยกัน นอกเหนือจากความโน้มถ่วงที่เกิดระหว่างมวลแล้ว ความโน้มถ่วงยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่เราเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน เช่น การเพิ่มหรือลดความเร็วของวัตถุ การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เป็นต้น.

ความโน้มถ่วงและอันตรกิริยาพื้นฐาน · ความโน้มถ่วงและเลปตอน · ดูเพิ่มเติม »

แรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ทความนี้ควรนำไปรวมกับ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ในวิชา ฟิสิกส์ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า คือแรงที่ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุทางไฟฟ้า มันคือแรงที่ยึด อิเล็กตรอน กับ นิวคลิไอ เข้าด้วยกันใน อะตอม และยึดอะตอมเข้าด้วยกันเป็น โมเลกุล แรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานผ่านการแลกเปลี่ยน messenger particle ที่เรียกว่า โฟตอน การแลกเปลี่ยน messenger particles ระหว่างวัตถุทำให้เกิดแรงที่รับรู้ได้ด้วยวิธีแทนที่จะดูดหรือผลักอนุภาคออกจากกันเพียงแค่นั้น การแลกเปลี่ยนจะเปลี่ยนคุณลักษณะของพฤติกรรมของอนุภาคที่แลกเปลี่ยนนั้นอีกด้ว.

อันตรกิริยาพื้นฐานและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า · เลปตอนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า · ดูเพิ่มเติม »