質問: 強う力と弱い力について 万有引力や電磁気力は距離のマイナス二乗に反比例することはよく知られています。このほかに原子核の中で働く強い力とベータ崩壊の時に働くという弱い力があると聞きます。しかし、それらの力の距離依存性を聞いたことがありません。これらの力の距離依存性を教えてください。強い力は距離が大きくなるとさらに引力が強くなるとも聞いたことがりますが、そうでしょうか?またそれらの力の及ぶ距離もお教えください。よろしくお願いいたします。
回答: 力そのものの距離依存性は、 重力、電磁気力、強い力のように、力を媒介する粒子が質量ゼロであれば、その力のポテンシャルは距離に反比例する(力の大きさは、ポテンシャルの微分なので距離の2乗に反比例する) 弱い力のように、力を媒介する粒子が質量を持つなら距離依存性は湯川ポテンシャル http://ja.wikipedia.org/wiki/湯川ポテンシャル で書けます。 ただし、強い力は、それを媒介する粒子であるグルーオン(それ自体は質量ゼロ)が、単体で存在できないことになっているので、例えば、中間子を媒介粒子として働く核力(中間子それ自体が、質量を持つ2つの粒子が強い力で結び付けられた複合粒子です)としてしか観測できません。 というわけで、実際のところは強い力を源泉とする力(例えば、核力)は、ほぼ湯川ポテンシャルに従うように見えます。 ほぼ、と言ったのは、おっしゃるように強い力は、見かけ上、距離がある程度離れる方が強く働く、という性質があるからですが、これは、強い力を媒介するグルーオン自体が強い力の影響を受けるため、見かけ上、そう見えると理解すればよいです。