Perspective Stiincifice

Ne putem imagina aceste particule virtuale ca mingi legate de particula părinte cu un material elastic
și revenind rapid în părinte la momentul dispariției. Dacă una sau mai multe dintre ele intersectează
teritoriul unei alte particule virtuale, aparținând altei particule părinte, atunci ele pot să interacționeze și
chiar să fie schimbate între particulele părinte. Un asemenea schimb de particule virtuale este resimțit de
particulele părinte sub forma unei forțe.
Aceste câmpuri de particule virtuale care înconjoară o particulă părinte sunt create după tipare
specifice și "populează" spațiul din jurul particulelor părinte într-o manieră bine definită. Aceste tipare de
distribuție au fost botezate de către oamenii de știință, în mod sugestiv, câmpuri. Particulele virtuale poartă
numele de mediatori ai forțelor sau particule-forță.
Particulele de schimb sunt bosoni. Pentru fiecare tip de forță de interacțiune există bosoni asociați
forței de interacțiune.
Bosoni din Modelul Standard sunt:
· Fotoni, care mediază interacțiunea electromagnetică.
+ – 0
· Bosoni W şi W şi Z , care mediază forța nucleară slabă
· Opt specii de gluoni, care mediază forța nucleară tare. Șase dintre aceşti gluoni sunt
etichetaţi ca perechi de „culori” și „anti-culori” (de exemplu, un gluon poate transporta „roșu” și
„anti-verde”.) Celelalte două specii sunt un amestec mai complicat de culori și anti -culori.
· Bosoni Higgs, care induc ruperea spontană de simetrie a grupurilor gauge și sunt
responsabile pentru existența masei inerțiale.
Cele patru forțe fundamentale
Oamenii de știință vorbesc despre existența a patru tipuri diferite de câmpuri de forță și toate
funcționează conform mecanismului descris anterior. Suntem cu toți obișnuiți cu două dintre aceste forțe.
Gravitația și electromagnetismul se manifestă la scări observabile la scară macroscopică.
O a treia forță este cea care leagă quarcurile în interiorul hadronilor, iar un reziduu al acestei forțe
face ca protonii și neutronii să stea uniți în interiorul nucleelor atomice. Această forță poartă numele de
forță tare, dar uneori este menționată și cu numele de "forță culoare". A patra forță este responsabilă cu
fenomenul radioactivității și poartă numele de forță slabă.
Particulele virtuale din compoziția acestor câmpuri, care sunt schimbate dând naștere fiecărei forțe
se numesc bosoni gauge. Fiecare dintre cele 4 forțe posedă propriul boson gauge. În anumite limite,
energia și masa pot fi create din aparentul vid spațio-temporal, dar doar pentru foarte scurte perioade de
timp. Și cu cât aceste particule au mai multă energie și masă, cu atât mai scurt este timpul lor de viață.
Bosonii gauge mai ușori pot exista pentru perioade mai lungi de timp, putând în schimb să se depărteze
mai mult de particula părinte înainte de a reveni. Altfel spus, distanța pe care o forță acționează este strâns
legată de masa propriului boson gauge.
Fotonul și QED- electrodinamica cuantică
Fotonul este bosonul gauge al forţei electromagnetice, iar gravitonul este particula gauge a
gravitației. Aceste două particule au masă nulă, astfel că aceste două forțe fundamentale acționează pe
distanțe infinite.
Cromodinamica cuantică –QCD
Forța nucleară tare este mult mai complexă. Proprietatea de tip sarcină responsabilă de apariția
interacțiunii între quarcuri este de trei tipuri, spre deosebire de cele doar două tipuri întâlnite în cazul
sarcinii electrice, deci al electromagnetismului. Astfel că, făcând o analogie aproximativă cu cele 3 culori
primare: roșu, verde și albastru, cele trei tipuri de sarcină care caracterizează interacțiunea nucleară tare
sunt de obicei denumite "sarcină culoare" și sunt reprezentate grafic folosind culorile roșu, verde și
albastru.
Forța nucleară tare trebuie să aibă și ea propriul boson gauge și s-a dovedit că există 8 tipuri ale
acestui boson, 8 gluoni diferiți care "poartă" forța culoare. Și spre deosebire de celelalte particule-forță,
gluonii sunt caracterizați la rându-le de o proprietate culoare din care cauză interacționează unii cu alții. De
fiecare dată când două quarcuri interacționează și schimbă un gluon – ei își schimbă sarcina culoare
asociată. De asemeni, deoarece gluonii se atrag reciproc, este posibil să vorbim despre o colecție de
gluoni numită "glueball".
Interacțiunile caracteristice forței slabe se fac simțite pe distanțe extrem de scurte, fiind eficace pe
distanțe mult inferioare diametrului unui proton și acest aspect impune ca particulele gauge ale forței
slabe, numite W și Z, să fie extrem de masive. Pe distanțe suficient de mici și la energii foarte mari,
diferențele dintre cele patru forțe devin insesizabile, deoarece particulele-forță asociate sunt
nedetectabile.
15
FRONTIERA CUNOAȘTERII