基本力 , 也叫 基本互动 , 在 物理 ,四种基本力中的任何一种——引力、电磁力、强和弱——控制物体或粒子如何相互作用以及某些粒子如何衰变。所有已知的自然力都可以追溯到这些基本力。基本力基于以下四个标准进行表征:受力的粒子类型、力的相对强度、力有效的范围以及介导力的粒子的性质。
引力和电磁力早在强弱力被发现之前就已被认识,因为它们对普通物体的影响很容易观察到。万有引力,由艾萨克牛顿在 17 世纪系统地描述,作用于所有有质量的物体之间;它使苹果从树上掉下来,并决定了行星绕太阳运行的轨道。 19 世纪詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (James Clerk Maxwell) 给出科学定义的电磁力是造成同类相斥和相异相吸的原因 电荷 ;它还解释了物质的化学行为和光的特性。强弱力是20世纪物理学家在探索原子核时发现的。强大的力量作用于 夸克 , 这 成分 所有亚原子粒子,包括质子和 中子 .尽管带正电的质子彼此强烈排斥,但强力的残余效应将原子核的质子和中子结合在一起。弱小的力量 体现 本身以某种形式 放射性衰变 在为太阳和其他恒星提供燃料的核反应中。电子是经历弱力但不经历强力的基本亚原子粒子之一。
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这四种力通常是根据它们的相对强度来描述的。强大的力量被认为是自然界中最强大的力量。依次为电磁力、弱力和重力。尽管它的力量,强大的力量并不 显现 宏观上的自己 宇宙 因为它的范围极其有限。它被限制在大约 10 的操作距离内−15米——大约是一个质子的直径。当两个对强力敏感的粒子在这个距离内通过时,它们相互作用的概率就很高。弱力的范围甚至更短。受此力影响的粒子必须在 10−17米之间相互作用,除非粒子具有高能量,否则即使在那个距离,它们相互作用的可能性也很低。相比之下,引力和电磁力以 无穷 范围。也就是说,引力作用于宇宙中所有物体之间,无论它们相距多远,而电磁波,例如来自遥远恒星的光,在空间中不衰减地传播,直到遇到一些能够吸收它的粒子。
多年来,物理学家一直试图证明四种基本力完全不同 示威 具有相同的基本力。实现这种统一的最成功的尝试是电弱理论,由 Steven Weinberg、Abdus Salam 和 Sheldon Lee Glashow 在 1960 年代后期提出。该理论结合了量子电动力学(电磁的量子场理论),将电磁力和弱力视为由四个载流子粒子(即所谓的规范玻色子)传输的更基本的电弱力的两个方面。这些载体粒子之一是电磁光子,而其他三个——带电的 W+和W——粒子和中性 Z0粒子——与弱力有关。与光子不同,这些弱规范玻色子是巨大的,而正是这些载体粒子的质量严重限制了弱力的有效范围。
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在 1970 年代,研究人员为强力建立了一个理论,该理论在结构上类似于 量子 电动力学。根据这个称为量子色动力学的理论,强力通过称为胶子的规范玻色子在夸克之间传递。像光子一样,胶子是无质量的,以光速传播。但它们在一个重要方面与光子不同:它们携带所谓的色荷,一种性质 类似的 至 电荷 .由于色荷,胶子能够相互作用,同时限制了它们的有效范围。
调查人员正在寻求设计 综合的 将统一所有四种基本自然力的理论。然而,到目前为止,引力仍然超出了对这种统一场理论的尝试。
这 当前的 基本力的物理描述体现在粒子物理学标准模型中,它概述了所有基本粒子及其力的属性。基本力对基本亚原子粒子行为的影响的图形表示包含在 费曼图 .
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