هي القوى التي تسلطها الأجسام بعضها على البعض وتمثل سلوك الأجسام مع بعضها، ويبدوا أن الطبيعة قد أوجدت أربعة أنواع من القوى أو أربعة أنواع من التفاعلات:

1– القوى التثاقلية Gravitational Force

هي قوى جذب بين الأجسام التي لها كتل، وتعمل على استقامة الخطى الواصل بين الكتلتين استنادا إلى قانون الجذب العام لنيوتن :

وتعزى هذه القوى إلى تبادل جسيمات تسمى الكرافيتونات (gravitons) بين الكتل المجاذبة ويعتقد أن الكرافيتون، غير المكتشف بعد يتصف بأنه: كتلته السكونية تساوي صفر تقريبا، يتحرك بسرعة الضوء وزخمه البرمي يساوي ħ2 = s.

القوى التثاقلية هي أضعف القوى، فنسبتها إلى القوى النووية هي ^39–10 رغم أن مداها أطول المديات، فهي تتحكم بحركة الكواكب والنجوم الساقطة، أما تأثيرها بالنسبة للجسيمات الأولية فيهمل عادة، وذلك لصغر كتل هذه الجسيمات.

2– القوى الكهرومغناطيسية Electromagnetic Force هي قوى تجاذب أو تنافر بين الشحنات الكهربائية، أو بين شحنة كهربائية والمجال الذي تولده شحنة أخرى، وذلك بتبادل كمات من الطاقة والزخم الكهرومغناطيسي والتي تسمى الفوتونات (photons). فعند وجود شحنة في مجال كهرومغناطيسي فأنها ستمتص وتشع كمات محددة من الطاقة والزخم الكهرومغناطيسي ممثلة بطاقة وزخم الفوتون المنبعث وحيث أن كل شحنة تحاط بمجال تولده هي، فعليه فعند اقتراب شحنتين من بعضهما ستكون كل منهما في مجال الأخرى وستزداد طاقة وزخم أحدهما على حساب طاقة وزخم الأخرى وذلك بتبادل الفوتونات فيما بينهما.

نستنتج من هذا أن الفوتونات هي المسؤولة عن القوى أو التفاعلات الكهرومغناطيسية. ويعتبر الفوتون جسيمة ذات: كتلته السكونية تساوي صفر، زخم برمي يساوي
ħ1 = s، طاقة γE = ħv لها علاقة بتردد الأشعة الممتصة أو المنبعثة، وزخم الفوتون  وزخم الفوتون له علاقة بطول موجة الأشعة وذلك وفقا لفرضية دي برولي.

أن القوى الكهرومغناطيسية تتحكم بكل العمليات الذرية والكيمياوية فهي بالتالي تتحكم بكل العمليات الحياتية. وتعتمد القوى الكهرومغناطيسية بين شحنتين على سرعتيهما النسبية. أن نسبة القوى الكهرومغناطيسية إلى القوى النووية كنسبة ^2ــ 10 ≈ 1/137، أما مداها فغير محدد وزمن التفاعل (فترة تأثيرها) هو بحدود sec 10^–20 ≈.

3– القوى النووية القوية Nuclear Force

هي القوى التي تربط مكونات النواة (البروتونات والنيوترونات) مع بعضها، وهي التي تتحكم بالتفاعلات النووية بين الجسيمات الأولية ذات الطاقة العالية. وتتصف هذه القوى بما يأتي:

1– مدياتها قصيرة جدا بحدود m^15–10، وان زادت المسافة عن هذا المدى ولو قليلا لأصبحت القوى النووية بينهما مهمله تقريبا.

2– القوى النووية لا تعتمد على الشحنة، فالقوة بين بروتون وبروتون هي نفسها بين نيوترون ونيوترون أو بين نيوترون وبروتون .

3– تعتمد على محصلة الزخم الزاوي البرمي للجسيمات، فالقوى بين بروتونين مثلا برميهما بنفس الاتجاه هي غير القوى التي بينهما عندما يكون برميهما متعاكسين.

4– تتصف القوى النووية بتحويلها إلى قوى تنافر بين الجسيمين في حالة اقتراب الجسيمات من بعضهما بمسافات أصغر من حد معين (نصف فيرمي Fermi 1/2).

وفي عام 1935 أفترض يوكاوا (Yukawa) المعادلة الآتية لتمثل الطاقة الكامنة النووية Nuclear potential energy)):

حيث أن r₀ هو المدى E₀ كمية ثابتة، r المسافة عن مركز النواة.

كما وقد أفترض يوكاوا أن القوى النووية أنما تعزى أن الجسيمات المتفاعلة تتبادل مع بعضها جسيمات أسماها هو بالبايونات (pions) أو (– mesons π).

إي أن البايون في التفاعلات النووية يقوم مقام الفوتون في التفاعلات الكهرومغناطيسية، وحيث أن القوى النووية هي قوى ذات مدى قصير فهذا يعني أن البايون يكون ثقيل نسبيا، ويمكن حساب كتلته باستخدام مبدأ اللادقة لهايزنبرك  ، حيث إن tΔ هو زمن التفاعلات النووية.

تسمى الجسيمات التي تؤثر على بعضها بقوى نووية بـ (الهادرونات Hadrons وتشمل الجسيمات الثقيلة (الباريونات) مثل البروتون والنيوترون، والجسيمات متوسطة الكتلة (الميزونات) مثل البايونات والكايونات، أما الجسيمات الخفيفة (اللبتونات) كالإلكترون والميون والنيوترينيو فلا يمكن أن تشترك في تفاعلات قوية.

4– القوى الضعيفة Weak Force

وهي القوى التي تتحكم بتفاعل الجسيمات الخفيفة وبتحلل الجسيمات الأولية، أي أن تحلل أي جسيمة أولية هو تفاعل ضعيف أو ينجز بتأثير قوة ضعيفة. وتمتاز القوى الضعيفة بـ: زمن تأثيرها بحدود sec ^10–10. وهو أطول بكثير من زمن تأثير القوى النووية وهو أطول بكثير من زمن تأثير القوى الكهرومغناطيسية، ومداها قصير ونسبتها إلى القوى النووية تساوي ^14–10، وهي قوى تبادلية حيث تعزى إلى تبادل جسيمات تسمى (W–particles) والمفروض أن كتلة كل منها بحدود MeV 800 إلا أنها لم تكتشف لحد الآن.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays