物質間的基本交互作用力

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物質間的基本交互作用力 (Fundamental Interaction)
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

基本交互作用是自然界中物質間最基本的交互作用，至今我們所觀察到的所有物理表現均可隸屬於此，又我們將此分為四大種類，分別為重力交互作用、電磁力交互作用、強交互作用及弱交互作用。

重力交互作用 (Gravitation)

簡稱為重力或萬有引力，此交互作用是四個基本交互作用中最弱的，但作用範圍則是無窮遠的距離，稱之為長程力。

>但當距離增大，重力交互作用的影響力就會遞減，假設兩物件的質量分別為 $$m_1$$、$$m_2$$，相距的距離為 $$r$$，其作用力的大小則可以表示為 $$F_g=\displaystyle\frac{Gm_1m_2}{r^2}$$，其中 $$G=6.67\times 10^{-11}\frac{m^3}{kg\cdot s^2}$$，稱之為萬有引力常數。

又重力可以廣泛地作用於所有的物質，故稱為萬有引力。

電磁力交互作用 (Electroweak interaction)

電磁力存在於電荷之間，此作用力相當的強，而作用範圍亦是無窮遠的距離。若現有兩電荷，分別帶有電量 $$q_1$$、$$q_2$$，相距的距離為 $$r$$，則其作用力的大小可表示為 $$F_q=\displaystyle\frac{kq_1q_2}{r^2}$$，其中 $$k=8.85\times 10^{12}\frac{N\cdot m^2}{C^2}$$，稱之為庫倫靜電力常數。

強交互作用 (Strong interaction)

強交互作用是作用於原子核之間的力，此交互作用是四個基本作用力中最強的，其作用距離則是四個基本作用力中第二短的，是一種短程力，作用範圍大約 $$10^{-15}~m$$。原子核間的核力就是強交互作用，它抵抗了質子與質子、中子與中子及質子與中子之間的強大的電磁力，用來維持了原子核的穩定。

強交互作用比其他三種基本作用有更大的對稱性，也就是說，在強交互作用中有更多的守恆定律。強交互作用不像重力和電磁交互作用那樣是長程力而是短程力，雖然在原子核內的強交互作用力強度很大，但一旦作用範圍大於原子核外，其力的大小則會瞬間遞減。

弱交互作用 (Weak interaction)

弱交互作用，俗稱弱核力，亦是存在於原子核內部的一種作用力，屬於短程力的一種，作用的範圍約為 $$10^{-18}~m$$，此交互作用力的大小僅次於重力交互作用。此交互作用力最早為原子核的 $$\beta$$ 衰變，涉及到微中子的反應。

而實際上有兩種弱交互作用，一種是有輕子（如電子 $$e$$，微中子 $$\nu$$ ，$$\mu$$ 子以及它們的反粒子）參與的反應，如 $$\beta$$ 衰變，$$\mu$$ 子的衰變以及 $$\pi$$ 介子的衰變等；另一種是 $$K$$ 介子和 $$\Lambda$$ 超子的衰變。