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單元3 物質的組成與交互作用
山
強核力
主題
Z6
強核力與弱核力
(3)
強核力的特性
日本物理學家湯川秀樹在1935年提出強交互作用(strong interaction)的
理論,他認為在質子與質子間,質子與中子間,以及中子與中子間有一
種新的形式的力,和之前已知的力截然不同,這種力是很強的吸引
力,甚至強過庫侖靜電力一百倍,因此稱為強核力,亦稱為強作用、強
交互作用或强力(早期亦稱為核力):強核力的大小足以將質子與中子
束縛在一起,形成穩定的原子核(如圖所示)。湯川秀樹的理論後來獲
得實驗證實。
② 夸克間的作用力
質子
+
原子核
強力F
質子
由於我們已經知道買子與中子都是由更小的夸克所組成的,所以夸克之間也必然有某種力,將3
個夸克束縛成質子與中子。物理學家在1970年,透過實驗與理論研究深入理解夸克之間的力,
發現湯川秀樹所提出的強力看成是夸克之間束縛力的延伸,因此無論是夸克間的力或是湯川秀
樹所提出的核子間的力,我們一般都通稱為強核力。
強核力
存在質子、中子、夸克等粒子之間,使之来
縛在一起,形成穩定的原子核。
1. 與核子所帶的電荷無關:原子核是由質子與中子所組成,所以質子與中子也就稱為核子。強
˙核力不僅存在於質子與質子之間,質子與中子以及中子與中子之間均依賴強核力結合在一
起,因此強核力與核子所帶的電荷無關。
2.作用的有效距離很小:強核力是一種短程力,其作用範圍比原子核的大小選小(約1.4×10-5
公尺以內)。在該力作用的區域內,其引力作用遠大於靜電作用力(強核力比靜電力約大100
倍):在長距離範圍時(大於1.4x10"公尺),此力迅速遞減至零。
3. 有飽和性:核子只與鄰近的核子有強核力的作用,無法與原子核中較遠處的核子發生作用,
此性質稱為強核力的飽和性。
●雜核力的前因一中子的衰變
1. 實驗中發現原本在原子核裡很穩定的中子,若單獨存在(稱為自由中子),則其性質變得不
穩定,經過約十餘分鐘,中子就會轉變成質子(自由中子的平均壽命約為887秒)。
2. 中子衰變時會釋放一個電子和一個反微中子而成為質子,稱為衰變,如圖所示。同樣的衰
變過程在一些原子核中也存在。
中子 → 質子 + 電子+反微中子
電子
原子核\
~0.8fm
質子
1~3fm
0
中子
(夸克
自由中子
電子
反微中子
3
6 弱核力
1. 物理學家發現衰變過程不能用已知的強核力、電力、磁力、重力去解釋,所以便設想出一
種全新的機制、一種全新的交互作用來說明β衰變。
2. 美國物理學家費米(Fermi)在1937年提出交互作用的概念,認為中子在衰變過程中所發射
的電子,應該是經由某種作用之後方能產生。該作用遠小於電磁力的大小,而且僅能在比核
子更小1000倍的範圍內產生影響,所以稱為弱枝力,亦稱為弱作用、弱交互作用或弱力。
3. 弱核力發生在許多放射性元素的衰變過程,改變了物質的本質,例如:原子核的中子若衰變
後變成了質子,則原子序因此改變(加),變成另一種原子。
