นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 237

36 นิตยสาร สสวท. สมบัติและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแรงเข้ม แรงเข้มที่ส่งผลให้เกิดแรงนิวเคลียร์ ทำ�ให้นิวเคลียสของธาตุและไอโซโทปของธาตุประมาณ 270 ชนิด มีเสถียรภาพกล่าวคือ นิวเคลียส เหล่านี้ไม่มีการเปลี่ยนสภาพตามเวลาเรียกว่า นิวเคลียสเสถียร (Stable Nucleus) จากทฤษฎีที่ใช้อธิบายธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์ที่เป็นที่ยอมรับ ในปัจจุบัน เราทราบว่าแรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนกับโปรตอน นิวตรอนกับนิวตรอน และโปรตอนกับนิวตรอนในนิวเคลียส โดยแรงนิวเคลียร์ไม่ขึ้นกับประจุและมวล นอกจากนี้ แรงนิวเคลียร์ส่งผลเฉพาะในระยะใกล้มาก (very short-range force) ประมาณ 10 - 15 เมตร จึงเป็นแรงที่กระทำ�ระหว่างนิวตรอนและโปรตอนที่อยู่ติดกันเท่านั้น ไม่ส่งผลต่ออนุภาคอื่นๆ ที่อยู่ถัดออกไป ดังภาพ 6 และไม่ส่งผลต่อ อิเล็กตรอนด้วย ภาพ 6 นิวคลีออนในนิวเคลียสและแรงนิวเคลียร์กระทำ�ระหว่างนิวคลีออน แรงเข้มเป็นแรงที่มีความเข้มมากที่สุดในบรรดาแรงทั้งหมดในธรรมชาติ มากกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าหลายร้อยเท่าและมากกว่า แรงโน้มถ่วงมากๆ ซึ่งหมายความว่าระหว่างวัตถุ 2 ก้อน ที่มีมวล ประจุ และระยะห่างระหว่างกันเท่าๆ กัน แรงที่มากที่สุดที่วัตถุทั้ง 2 กระทำ�ซึ่งกันและกัน คือ แรงเข้ม รองลงมาคือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และสุดท้ายคือแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงเข้มเกิดขึ้น ในระดับ 10 - 15 เมตร หรือน้อยกว่า ถ้าเป็นระยะทางที่มากกว่านี้ แรงเข้มจะไม่ส่งผลใดๆ เลย แรงเข้มจึงทำ�ให้เกิดปรากฏการณ์ระหว่างอนุภาค ขนาดเล็กมากๆ เท่านั้น เมื่อพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแรงเข้มที่ยึดเหนี่ยวควาร์กต่างๆ เข้าด้วยกันกับระยะทาง เราสามารถเปรียบเทียบได้กับ แรงสปริงหรือหนังยางที่มีวัตถุติดอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง โดยแรงสปริงเปรียบได้กับแรงเข้ม และวัตถุทั้งสองเปรียบได้กับควาร์ก เมื่อลองดึงวัตถุ ให้ออกห่างจากกัน ถ้าระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองมีค่าน้อย แรงสปริงที่ดึงวัตถุทั้งสองเข้าด้วยกันก็จะมีค่าน้อย ถ้าระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง มีค่ามาก แรงสปริงที่ดึงวัตถุทั้งสองเข้าด้วยกันก็จะมีค่ามากตามไปด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับแรงเข้มและระยะห่างของควาร์กจะอยู่ในลักษณะ คล้ายกันคือ แรงเข้มมีค่ามากขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างควาร์กมีค่ามากขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแรงกับระยะทางระหว่างควาร์ก สำ�หรับแรงเข้มนี้ตรงข้ามกับความสัมพันธ์ดังกล่าวสำ�หรับแรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งขนาดของแรงจะมีค่ามากขึ้นเมื่อระยะทาง ระหว่างอนุภาคลดลง ประโยชน์และความสำ�คัญของแรงเข้ม ถึงแม้ว่าแรงเข้มจะเกี่ยวข้องกับอนุภาคในระดับนิวเคลียส แต่ถ้าไม่มีแรงเข้ม อนุภาคในนิวเคลียสอย่างนิวตรอนและโปรตอน จะไม่สามารถรวมกันอยู่ได้และจะไม่มีอะตอมที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตและวัตถุต่างๆ อย่างเช่นทุกวันนี้