带你揭开强相互作用的⾯纱

作者: 董相坤, 邹冰松

来源: 中国物理学会期刊⽹

发布日期: 2022-09-26 12:33:09

强相互作⽤的研究可以追溯到19世纪末元素天然放射性的发现。经过众多科学家的不懈努⼒,强相互作⽤的⾯纱逐渐被揭开。⽂章简要介绍了与强相互作⽤相关的诺⻉尔奖,并梳理了我们在探索世界的进程中对强相互作⽤的认知过程。

作为四⼤基本相互作⽤之⼀,强相互作⽤的研究可以追溯到19世纪末元素天然放射性的发现。在随后将近⼀个世纪⾥,经过众多科学家的不懈努⼒,强相互作⽤的⾯纱逐渐被揭开。⽂章将简要介绍与强相互作⽤相关的诺⻉尔奖,并以此为载体梳理我们在探索世界的进程中对强相互作⽤的认知过程。

当前物理学认为我们的世界中存在4种基本的相互作⽤,分别是引⼒相互作⽤、电磁相互作⽤、强相互作⽤和弱相互作⽤。由于相互作⽤的尺度不同,这4种基本相互作⽤被发现的时间也不尽相同。

1687年,经过⻓时间的研究并借鉴前⼈的经验与成果,⽜顿在其《⾃然哲学的数学原理》⼀书中提出了万有引⼒定律,成功地解释了⾏星的运动轨迹。1915年,爱因斯坦提出了⼴义相对论,赋予了引⼒⼏何的本质。

1785年,库仑在《电⼒定律》⼀⽂中给出了描述两个点电荷之间相互作⽤⼒的库仑定律。库仑定律是电磁现象中的第⼀个定量公式,经过后续实验和理论的发展,1865年⻨克斯⻙总结出⻨克斯⻙⽅程组,完成了电与磁的统⼀描述。我们⽇常⽣活中遇到的⼏乎所有现象都可以⽤这两种相互作⽤描述,但到了20世纪,我们渐渐遇到了这两种理论⽆法解释的现象——原⼦核结构与中⼦衰变。

对这两个问题的研究使我们认识到强相互作⽤和弱相互作⽤的存在。

1934年,汤川秀树和费⽶分别提出了介⼦交换理论和四费⽶⼦相互作⽤理论来解释核⼦之间的作⽤⼒及中⼦的衰变。这两种理论经过后续的发展与完善,最终在20世纪六七⼗年代发展成为量⼦⾊动⼒学(QCD)与电弱统⼀理论,构成了标准模型的基⽯。

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