Elkarrekintza nuklear bortitz: berrikuspenen arteko aldeak

← Aurreko ezberdintasuna Hurrengo ezberdintasuna →

Ezabatutako edukia Gehitutako edukia

Lerroan

17:50, 17 abuztua 2020ko berrikusketa

Fisika nuklearrean eta partikulen fisikan, elkarrekintza nuklear bortitza da atomoaren barneko nukleoietan indar nuklear bortitza sortzen duen mekanismoa, eta ezagutzen diren lau oinarrizko elkarrekintzetako bat da, elektromagnetismoa, elkarrekintza ahula eta grabitazioarekin batera.

Oso irismen laburrekoa da ( $10^{-15}{\text{ m}}$ inguru, hots, femtometro bat), baina elkarrekintza nuklear bortitzaren intentsitatea elkarrekintza elektromagnetikoarena baino $137$ aldiz handiagoa da, elkarrekintza ahularena baino $10^{13}$ aldiz handiagoa, eta grabitazioarena baino $10^{38}$ aldiz handiagoa.

Indar nuklear bortitzak hadroi, mesoi eta barioi guztietan eragiten du, alegia quarkek eta antiquarkek osatutako partikuletan. Indar horren interakzioa gluoi izeneko bosoiek eragiten dute, fotoiek indar elektromagnetikoan eragiten duten antzera. Indar horrek eragiten du quarkak elkartuta egotea, baita barioiak (protoiak edo neutroiak, esaterako) eta mesoiak (pioi edo kaoiak kasu) eratzea ere. Gainera, gai da protoiak eta neutroiak nukleo atomikoan mantentzeko, nahikoa intentsoa baita protoien arteko aldaratze-indarrari aurre egiteko; bi protoiren arteko indar nuklear bortitzari dagokion energia megaelektroi-volten ( ${\text{MeV}}$ ) ordenakoa da.

Harald Fritzsch (1943)
Murray Gell-Man (1929-2019)

Indar nuklear bortitzari ez dio eragiten partikulen karga elektrikoak: protoiek eta neutroiek berdin jasaten dute elkarrekintza bortitza. Indar nuklear bortitza azaltzen duen teoria kromodinamika kuantikoa da, Harald Fritzsch, Heinrich Leutwyler (1938) eta Murray Gell-Mann fisikariek 1973an proposatua.

Historia

Hogeigarren mendeko hirurogeita hamarreko hamarkada baino lehen, fisikariek ez zekiten egiazki zein mekanismok eusten zion nukleo atomikoaren batasunari. Bazekiten protoiek eta neutroiek osatzen zutela nukleoa, eta halaber zekiten ezen protoiek karga elektriko positiboa zutela eta neutroiak, berriz, elektrikoki neutroak zirela. Baina ezagutza hori kontraesanean zegoen une hartan onartutako fisikarekin, zeren protoien karga positiboaren kausaz, euren arteko aldaratze-indar izugarria agertu behar baitzen eta horrek nukleoaren apurketa eragingo baitzuen; baina hori ez zen gertatzen, nukleoak egonkorrak baitziren (nukleo erradioaktiboen kasuaren salbuespenarekin). Beraz, teoria fisiko berri bat behar zen fenomeno hori azaltzeko.

Yukawa-ren eredua

Nukleoaren barruan zeuden indar elektromagnetiko aldaratzaileak konpentsatzeko, 1935ean Yukawa-k eredu teoriko bat postulatu zuen nukleoaren barnean indar oso bortitz batek eragin behar zuela proposatuz, esanez ezen indar horren irismena ezin zela izan nukleoaren erradioa bera baino handiagoa, inguruko nukleoek jasan ez zezaten, zeren bestela, unibertsoko nukleo guztiak kolapsatu egingo ziratekeen, masa nuklearreko konglomeratu handi bat eratzeko.

Yukawa espezializaturik zegoen fisika atomikoan eta ohituta zegoen tresna kuantikoekin. Bere ereduan, teoria original bat proposatu zuen indar nuklear bortitzaren izaera azaltzeko, horretarako garai hartan ezagutzen ez zen partikula bitartekari bat erabiliz, mesoi izenekoa, zeinaren masa protoiaren eta elektroiaren masen balioen tartekoa baitzen. Horretan, elektrodinamika kuantikoan garai hartan karga elektrikoen arteko elkarrekintza azaltzeko erabilitzen zen fotoi-trukearen ideiaz baliatu zen.

Hasieran, soilik proposamen teorikotzat hartu zen ideia, baina 1937an izpi kosmikoetan berak aipatutakoaren antzeko partikula bat aurkitu ondoren —pioi izenekoa—, zientzialariek oso kontuan hartu zuten berak proposaturiko hipotesia. Dena den, gerora bestelako mesoiak aurkitzean, haren eredua desegokia zela ikusi zen; halere, mesoien bidezko teoria hark bultzada handia eman zion partikula azpiatomikoen arloko ikerketari. Nolanahi ere, 1947an pi mesoiaren aurkikuntza egin ondoren, Fisikako Nobel saria eman zioten 1949an.

Quarken aurkikuntza

Ikerketan aurreratu ahala, fisikariak ohartu ziren protoiak eta neutroiak ez zirela funtsezko partikulak, quark izeneko partikula txikiagoez osatutako partikulak baizik. Izatez, nukleoien arteko erakarpen handia quarken arteko indar oinarrizkoago baten bigarren mailako ondorioa zen, quarkak protoien eta neutroien barruan elkartuta zituena. Hain zuzen ere, 1963an quarkak aurkitu ondoren, zientzialariek egokitu egin zuten teoria, quarken arteko indar hori gluoi izeneko bosoien bitartez gauzatzen zela azalduz.

Gaur egun kromodinamika kuantikoa (quantum chromodynamics, QCD) izeneko teoriak azaltzen du quarkek kolore-karga daramatela —izena gorabehera, “kolore” izen horrek ez du ikusten ditugun koloreen esanahi bera—. Kromodinamika kuantikoaren arabera, nukleo atomikoa elkartuta mantentzen duen pioi-eremu hori hadroien barne-osagaietan —quarketan—, eragiten duen benetako indar nuklear bortitzaren hondar-efektu bat baino ez da. Izan ere, quark-en arteko indarrak gluoien eraginez sortzen dira, eta hain dira indartsuak, ezen kolorearen konfinamendua deritzona eragiten baitute. Kolore-karga desberdina duten quarkak elkarrekintza bortitzaren ondorioz erakartzen dute elkar. Elkarrekintza hori gluoi izeneko bosoi batzuen bidez transmititzen da. Horrela quarkak elkarri lotuta mantentzen dituzten indarrak neutroiei eta protoiei lotuta mantentzen dituztenak baino askoz indartsuagoak dira.

Elkarrekintza nuklear bortitzaren oinarrizko printzipioak

Elkarrekintza nuklear bortitzaren azalpena materiaren oinarrizko partikulak biltzen dituen eredu estandarraren barnean egiten da.

Eredu estandarreko oinarrizko partikulak^[1]

Hogeigarren mendearen bigarren erdialdean egindako hainbat lan teoriko eta esperimentalen ondorioz, hasierako hiru partikula azpiatomikoen oinarrian beste hainbat partikula eta elkarrekintza agertu ziren. Horiek guztiak eskematikoki adierazita daude alboko taulan. Bertan partikula bakoitzari dagokion masa ( ${\text{eV/c}}^{2}$ unitatetan), karga (elektroiaren karga unitatetzat hartuta), spina eta izena adierazita, eta mota bakoitzekoak kolorez bereizita.

Taulan bi motatako oinarrizko partikulak daude adierazita: fermioiak (quarkak eta leptoiak) eta bosoiak (elkarrekintzaren indar-bitartekariak). Fermioiek spin ez-osoa dute, eta Pauliren esklusio-printzipioa betetzen dute. Hamabi fermioi daude, eta bakoitzak bere antipartikula du. Fermioietan, leptoiak eta quarkak bereizten dira. Leptoiei ez die elkarrekintza bortitzak eragiten, baina bai interakzio ahulak eta, karga badute, baita interakzio elektromagnetikoak ere. Hiru leptoi kargadun daude: elektroia, muoia eta tau partikula. Gainerakoak, hiru neutrinoak (elektroi-neutrinoa, muoi-neutrinoa eta tau-neutrinoa), kargarik gabeak dira, eta interakzio ahulak soilik eragiten die. Neutrinoak oso zailak dira detektatzen, eta masarik izatekotan, oso txikia delako ustea da nagusi. Quarkak leptoiak baino astunagoak dira, eta karga elektriko frakzionarioa dute, $2/3$ edo $-1/3$ aldiz elektroiarena; leptoiek, ordea, elektroiaren karga edo karga nulua.

Quarkak protoi eta neutroiaren osagaia^[2]

Quarken arteko ezaugarri bereizgarria elkarrekintza bortitza da, nahiz eta ekarrekintza elektromagnetikoan eta ahulean ere parte hartzen duten. Ez dira bakarka ageri, beste partikula batzuetan "konfinaturik" baizik. Badira hiru quarkez osatutakoak (hadroi deritze), hala nola protoiak edo neutroiak. Quark eta antiquark bat elkartzen direnean, mesoiak sortzen dira. Bi mota horiek ezin dira gaur egun oinarrizko partikulatzat hartu, partikula konposatutzat baizik.

Protoia bi gorantz-quarkez (up, u) eta beherantz-quark (down, d) batez dago osaturik.
Neutroia bi beherantz-quarkez eta gorantz-quark batez dago osatuta.
Neutroien barne-egitura, indar nuklear bortitza gluoien truke gisa adieraziz.

Erreferentziak

↑ Antton Gurrutxaga, "Eredu estandarra", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoan, https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/eredu%20estandar..
↑ Antton Gurrutxaga, "Quark", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoa., https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/quark..

Bibliografia

Paul Davies (1986) The Forces of Nature, 2nd ed. Cambridge Univ. Press. ISBN-13: 978-0521313926
Richard Feynman (10 March 2017). The Character of Physical Law, with new foreword. MIT Press. ISBN 978-0-262-34173-8.
Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things. Johns Hopkins University Press. ISBN13 9780801879715
Steven Weinberg (1993) The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. Basic Books. ISBN 0-465-02437-8
Steven Weinberg (1994) Dreams of a Final Theory. Vintage Books. ISBN 0-679-74408-8
J.R. Etxebarria (1994) Teoria fisikoen oinarriak. Udako Euskal Unibertsitatea (UEU) ISBN: 84-86967-57-0

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q11415
Multimedia: Strong nuclear force / Q11415

[1] Antton Gurrutxaga, "Eredu estandarra", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoan, https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/eredu%20estandar..

[2] Antton Gurrutxaga, "Quark", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoa., https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/quark..

[1]

[2]

@@ 9. lerroa: / 9. lerroa: @@
 Fitxategi:Harald Fritzsch, 2011.jpg|Harald Fritzsch (1943)
 Fitxategi:MurrayGellMannJI1.jpg|Murray Gell-Man (1929-2019)
-</gallery>Indar nuklear bortitzari ez dio eragiten partikulen [[karga elektriko]]<nowiki/>ak: protoiek eta neutroiek berdin jasaten dute elkarrekintza bortitza. Indar nuklear bortitza azaltzen duen teoria kromodinamika kuantikoa da, Harald Fritzsch, Heinrich Leutwyler eta [[Murray Gell-Mann]] fisikariek 1973an proposatua.
+</gallery>Indar nuklear bortitzari ez dio eragiten partikulen [[karga elektriko]]<nowiki/>ak: protoiek eta neutroiek berdin jasaten dute elkarrekintza bortitza. Indar nuklear bortitza azaltzen duen teoria kromodinamika kuantikoa da, Harald Fritzsch, Heinrich Leutwyler (1938) eta [[Murray Gell-Mann]] fisikariek 1973an proposatua.
 == Historia ==
@@ 26. lerroa: / 26. lerroa: @@
 == Elkarrekintza nuklear bortitzaren oinarrizko printzipioak ==
-[[Fitxategi:Oinarrizko partikulen eredu estandarra.png|thumb|330x330px|Oinarrizko partikulen eredu estandarra.]]Elkarrekintza nuklear bortitzaren azalpena materiaren oinarrizko partikulak biltzen dituen ereu estandarraren barnean egiten da.
+[[Fitxategi:Oinarrizko partikulen eredu estandarra.png|thumb|330x330px|Oinarrizko partikulen eredu estandarra.]]Elkarrekintza nuklear bortitzaren azalpena materiaren oinarrizko partikulak biltzen dituen eredu estandarraren barnean egiten da.
-=== Eredu estandarreko oinarrizko partikulak<ref>{{erreferentzia|izena=https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/eredu%20estandar|abizena="Eredu estandarra" artikulua euskaraz Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoan|urtea=|izenburua=|argitaletxea=|orrialdea=|orrialdeak=|ISBN=|hizkuntza=}}</ref> ===
+=== Eredu estandarreko oinarrizko partikulak<ref>{{erreferentzia|izena=https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/eredu%20estandar|abizena=Antton Gurrutxaga, "Eredu estandarra", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoan|urtea=|izenburua=|argitaletxea=|orrialdea=|orrialdeak=|ISBN=|hizkuntza=eu}}</ref> ===
 Hogeigarren mendearen bigarren erdialdean egindako hainbat lan teoriko eta esperimentalen ondorioz, hasierako hiru partikula azpiatomikoen oinarrian beste hainbat partikula eta elkarrekintza agertu ziren. Horiek guztiak eskematikoki adierazita daude alboko taulan. Bertan partikula bakoitzari dagokion [[masa]] (<math>\text{eV/c}^{2}</math> unitatetan), [[Karga elektriko|karga]] (elektroiaren karga unitatetzat hartuta), [[Spin|spina]] eta izena adierazita, eta mota bakoitzekoak kolorez bereizita.
 Taulan bi motatako oinarrizko partikulak daude adierazita: [[Fermioi|fermioiak]] (quarkak eta leptoiak) eta bosoiak (elkarrekintzaren indar-bitartekariak). Fermioiek spin ez-osoa dute, eta Pauliren esklusio-printzipioa betetzen dute. Hamabi fermioi daude, eta bakoitzak bere [[antipartikula]] du. Fermioietan, leptoiak eta quarkak bereizten dira. Leptoiei ez die elkarrekintza bortitzak eragiten, baina bai interakzio ahulak eta, karga badute, baita interakzio elektromagnetikoak ere. Hiru leptoi kargadun daude: [[Elektroi|elektroia]], [[Muoi|muoia]] eta [[Tau (partikula)|tau partikula]]. Gainerakoak, hiru neutrinoak ([[Elektroi neutrino|elektroi-neutrinoa]], [[Muoi neutrino|muoi-neutrinoa]] eta [[Tau neutrino|tau-neutrinoa]]), kargarik gabeak dira, eta interakzio ahulak soilik eragiten die. Neutrinoak oso zailak dira detektatzen, eta masarik izatekotan, oso txikia delako ustea da nagusi. Quarkak leptoiak baino astunagoak dira, eta karga elektriko frakzionarioa dute,  <math>2/3</math> edo <math>-1/3 </math> aldiz elektroiarena; leptoiek, ordea, elektroiaren karga edo karga nulua.
-=== Quarkak protoi eta neutroiaren osagaia<ref>{{erreferentzia|izena=https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/quark|abizena="Quark" artikulua euskaraz Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoan.|urtea=|izenburua=|argitaletxea=|orrialdea=|orrialdeak=|ISBN=|hizkuntza=}}</ref> ===
+=== Quarkak protoi eta neutroiaren osagaia<ref>{{erreferentzia|izena=https://zthiztegia.elhuyar.eus/terminoa/eu/quark|abizena=Antton Gurrutxaga, "Quark", Zientzia eta Teknologiaren Hiztegi Entziklopedikoa.|urtea=|izenburua=|argitaletxea=|orrialdea=|orrialdeak=|ISBN=|hizkuntza=eu}}</ref> ===
 Quarken arteko ezaugarri bereizgarria elkarrekintza bortitza da, nahiz eta ekarrekintza elektromagnetikoan eta ahulean ere parte hartzen duten. Ez dira bakarka ageri, beste partikula batzuetan "konfinaturik" baizik. Badira hiru quarkez osatutakoak ([[hadroi]] deritze), hala nola protoiak edo neutroiak. Quark eta antiquark bat elkartzen direnean, [[Mesoi|mesoiak]] sortzen dira. Bi mota horiek ezin dira gaur egun oinarrizko partikulatzat hartu, partikula konposatutzat baizik.
-<gallery widths="200">
+<gallery widths="200" heights="160">
 Fitxategi:Protón-Estructura de Quarks.png|Protoia bi ''gorantz-''quarkez (''up'', u) eta ''beherantz''-quark (''down'', d) batez dago osaturik.
 Fitxategi:Neutrón-Estructura de Quarks.png|Neutroia bi ''beherantz-''quarkez eta ''gorantz-''quark batez dago osatuta.