Scientia

Cu toţi am auzit despre cele patru forţe fundamentale: electromagnetismul, gravitaţia, forţa tare şi forţa slabă. De mai puţină "publicitate" au parte "vehiculele" acestor forţe, particulele purtătoare ale forţelor. În acest articol, aşadar, veţi afla cum funcţionează fotonii, gluonii, bosonii W şi Z şi gravitonii (ultimii încă nedetectaţi).

FOTONUL

Fotonii sunt particulele-forţă (bosonii gauge)  asociate electromagnetismului. De fiecare dată când particulele încărcate electric interacţionează, are loc şi un schimb de fotoni. Fotonii nu au masă proprie, nu posedă sarcină electrică, nici sarcină "slabă" ori sarcină "culoare" - deci ar putea fi priviţi ca simboluri ale ideii de "nimic". Şi totuşi ei sunt ceva !

Fiind responsabili pentru toate interacţiunile dintre protoni şi electroni, tot ceea ce observăm şi facem în viaţa de zi cu zi, de la mişcarea unui mouse până la activităţile sportive, are la bază un schimb de fotoni. Fotonii sunt energie, conţinută în câmpuri magnetice şi electrice variabile în timp şi spaţiu. Asemenea tuturor particulelor care nu au masă de repaus, fotonii călătoresc cu viteza luminii. Nu pot încetini nicicum, pot doar fi absorbiţi sau emişi. Fotonii din zona vizibilă a spectrului electromagnetic posedă exact energia necesară excitării unei singure molecule dintr-o celulă fotoreceptoare umană.

GLUONUL

Gluonii mediază interacţiunea nucleară tare. Nu au masă proprie, nici sarcină electrică sau "slabă". Astfel că reprezentarea lor grafică este o adevărată provocare. Pentru început, trebuie spus că există 8 tipuri de gluoni, fiecare dintre ele posedând o combinaţie specifică de sarcină "culoare". În al doilea rând, nu există gluoni liberi, aceştia existând doar sub forma unor particule virtuale care apar la interacţiunea dintre două quarcuri.

În al treilea rând, din moment ce gluonii posedă ei înşişi sarcină "culoare", generează la rându-le gluoni virtuali secundari, iar aceştia generează alţi gluoni, într-un proces care se repetă la nesfârşit. Astfel că avem de-a face cu un fenomen extrem de complicat şi dificil de descris în detaliu.

Totuşi, să încercăm! Se ştie că atunci când gluonii intermediază o interacţiune între două quarcuri, quarcurile îşi inversează sarcina "culoare" şi, din moment ce legile de conservare se aplică şi pentru sarcina „culoare”, gluonul trebuie să aibă el însuşi măcar două "culori".

Apoi, ştim că forţa tare, care este mediată de gluoni, creşte ca tărie pe măsură ce quarcurile se îndepărtează unul de altul. Acest fenomen se traduce la nivelul "câmpului" asociat gluonului sub forma unui aşa-zis "tub flux", ajungându-se astfel la forma de fir a gluonului. Dacă punem toate aceste idei laolaltă ajungem la reprezentarea folosită în acest scurt videoclip.

BOSONII W şi Z

Bosonii slabi, denumiţi şi bosoni-vector intermediari, sunt particulele-forţă responsabile cu intermedierea interacţiunilor nucleare slabe. Există 3 bosoni din această categorie, denumiţi W+, W-, şi Z0. Sunt particule foarte masive, fiecare dintre ele fiind de 80-90 de ori mai grele decât un proton. Fiind extrem de masivi, principiul incertitudinii impune ca acţiunea lor ca particule-forţă să fie resimţită pe distanţe extrem de mici. Astfel că forţa nucleară slabă acţionează pe distanţe de ordinul a 1/100 din diametrul protonului.

Bosonul W are rol în schimbarea "aromei" quarcurilor, în timp ce bosonul Z îşi face simţită prezenţa într-un tip mai puţin înţeles de interacţiune cunoscută sub numele de “curenţi neutri”.

GRAVITONUL

Gravitonii sunt particule ipotetice, particulele-forţă asociate gravitaţiei. Datorită imensului succes al Modelului Standard în descrierea celorlalte trei forţe fundamentale, care se manifestă prin intermediul schimbului de bosoni, se presupune că şi în cazul gravitaţiei avem de-a face cu un boson gauge.

Proprietăţile sale au fost extrapolate astfel: este o particulă fără masă, stabilă, de spin 2 şi care călătoreşte cu viteza luminii. Este posibil ca gravitonii să nu fie constrânşi în interiorul celor patru dimensiuni spaţio-temporale pe care noi, oamenii, le experimentăm.

_______
Notă: articolul de mai sus este reproducerea textului folosit în film.
Traducerea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com