พาหะแรง

ในฟิสิกส์ของอนุภาค พาหะแรง (อังกฤษ: force carrier) หรือพาหะของแรงคืออนุภาคที่สร้างแรงต่าง ๆ ระหว่างอนุภาคใด ๆ อนุภาคเหล่านี้เป็นกลุ่มก้อนของพลังงาน (ควอนตัม) ของชนิดที่เฉพาะของสนามฟิสิกส์ ทุก ๆ สายพันธ์ของอนุภาคมูลฐานมีสนามเฉพาะตัวหนึ่งชนิด ยกตัวอย่างเช่น มีหนึ่งสนามอิเล็กตรอนที่มีควอนตัมเป็นกลุ่มอิเล็กตรอน และหนึ่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีควอนตัมเป็นกลุ่มโฟตอน อนุภาคที่เป็นพาหะของแรงจะเป็นคนกลางเพื่อไกล่เกลี่ยระหว่างแรงพื้นฐานทั้งหลาย ซึ่งได้แก่ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, อันตรกิริยาอย่างเข้ม และ อันตรกิริยาอย่างอ่อน อนุภาคนั้นถูกเรียกว่า เกจโบซอน

มุมมองของอนุภาคและสนาม

บทความหลัก: ทวิภาคคลื่นกับอนุภาค (อังกฤษ: Wave–particle duality)

ในฟิสิกส์ของอนุภาค ทฤษฎีสนามควอนตัม เช่นแบบจำลองมาตรฐาน จะถูกใช้อธิบายธรรมชาติในแง่ของสนามฟิสิกส์ แต่ละสนามจะมีคำอธิบายประกอบเป็นชุดของอนุภาคแต่ละชนิด แรงที่เกิดระหว่างสองอนุภาคสามารถจะอธิบายได้ว่าเป็นการกระทำของสนามแรงที่สร้างขึ้นโดยอนุภาคหนึ่งกระทำบนอีกอนุภาคหนึ่ง หรือเป็นการแลกเปลี่ยนของอนุภาคพาหะของแรงเสมือนของสองอนุภาคนั้นกระทำต่อกัน อย่างใดอย่างหนึ่ง

พลังงานของคลื่นหนึ่งในสนามหนึ่ง (เช่นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) ถูกแปลงให้เป็นปริมาณ (อังกฤษ: quantized) และการกระตุ้นควอนตัม (อังกฤษ: quantum excitation) ของสนามสามารถตีความได้ว่าเป็นอนุภาค แบบจำลองมาตรฐานประกอบด้วยอนุภาคดังต่อไปนี้ แต่ละอนุภาคในนั้นเป็นการกระตุ้นของสนามเฉพาะตัว:

• กลูออน, การกระตุ้นของสนามเกจที่strong.
• โฟตอน, W โบซอน, และ Z โบซอน, การกระตุ้นของสนามเกจแบบไฟฟ้าอ่อน (แรงแม่เหล็กไฟฟ้า+อันตรกิริยาอย่างอ่อน)
• ฮิกส์โบซอน, การกระตุ้นของหนึ่งส่วนประกอบของสนามฮิกส์, ซึ่งให้มวลกับอนุภาคพื้นฐานทั้งหลาย
• หลากหลายแบบของเฟอร์มิออน, ถูกอธิบายว่าเป็นการกระตุ้นของสนามเฟอร์มิออน

นอกจากนี้ อนุภาคผสมเช่นมีซอนสามารถถูกอธิบายได้ว่าเป็นการกระตุ้นของสนามที่มีผล (อังกฤษ: effective field)

แรงโน้มถ่วงไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองมาตรฐาน แต่มันถูกพิจารณาว่าอาจจะมีอนุภาคที่เรียกว่าแกรวิตอน ซึ่งเกิดจากการกระตุ้นของคลื่นแรงโน้มถ่วง สถานะของอนุภาคนี้ยังคงไม่แน่นอน เพราะทฤษฎีที่ยังไม่สมบูรณ์และเพราะว่าปฏิสัมพันธ์ของหลายแกรวิตอน "ที่อยู่กันตามลำพัง" อาจจะอ่อนแอเกินไปที่จะถูกตรวจพบ

แรงต่าง ๆ จากมุมมองของอนุภาค

บทความหลัก: แรงสถิตและการแลกเปลี่ยนของอนุภาคเสมือน

 

แผนภาพ Feynman ที่แสดงการกระจายระหว่างอิเล็กตรอนสองตัวโดยการปล่อยออกมาของโฟตอนเสมือน

เมื่ออนุภาคหนึ่งกระจายตัวออกจากอีกอนุภาคหนึ่ง มีการเปลี่ยนแปลงในวิถีของมัน มีสองวิธีที่จะคิดเกี่ยวกับกระบวนการนี้ ในภาพของสนาม เราจินตนาการว่าสนามที่ถูกสร้างขึ้นโดยอนุภาคหนึ่งได้ทำให้เกิดจากแรงอย่างหนึ่งขึ้นบนอีกอนุภาคหนึ่ง อีกแนวคิดหนึ่ง เราสามารถจินตนาการได้ว่าอนุภาคหนึ่งมีการปลดปล่อยอนุภาคเสมือนออกมาตัวหนึ่งซึ่งจะถูกดูดซึมโดยอีกตัวหนึ่ง อนุภาคเสมือนจะทำการถ่ายโอนโมเมนตัมจากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง มุมมองของอนุภาคแบบนี้จะเป็นประโยชน์เป็นพิเศษเมื่อมีจำนวนมากของการแก้ไขควอนตัมที่ซับซ้อนต่อการคำนวณเนื่องจากการแก้ไขเหล่านี้สามารถสร้างออกมาเป็นภาพในแผนภาพ Feynman ที่ประกอบด้วยอนุภาคเสมือนเพิ่มเติม

ตัวอย่าง

• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถอธิบายได้ว่าเป็นการแลกเปลี่ยนของโฟตอนเสมือน
• แรงนิวเคลียร์จะยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกัน มันสามารถอธิบายได้ว่าเกิดจากสนามที่มีซอนเป็นตัวกระตุ้น
• ในที่พลังงานสูงพอ อันตรกิริยาอย่างเข้ม ระหว่างควาร์กด้วยกันสามารถอธิบายได้ว่าเกิดจากการแลกเปลี่ยนกลูออนเสมือน
• การสลายให้อนุภาคบีตาเป็นตัวอย่างหนึ่งของปฏืสัมพันธ์ที่เกิดเนื่องจากการแลกเปลี่ยนของ W โบซอน แต่ไม่ได้เป็นตัวอย่างของแรงหนึ่ง
• แรงโน้มถ่วงอาจจะเกิดจากการแลกเปลี่ยนของกราวิตอนเสมือน

อ้างอิง

1. Steven Weinberg, Dreams of a Final Theory, Hutchinson, 1993
2. Rothman, Tony; Stephen Boughn (November 2006). "Can Gravitons be Detected?". Foundations of Physics. 36 (12): 1801–1825. arXiv:gr-qc/0601043. Bibcode:2006FoPh...36.1801R. doi:10.1007/s10701-006-9081-9.