粒子の交換で力が生まれる？

質問

古典力学・古典電磁気学では、”力”とういものは
「ある粒子が作る場（重力場・電磁場）によってほかの粒子に力を
及ぼす」ということでした。

しかしながら、中間子理論では、
質量をもったπ中間子という粒子（量子？）を
交換することによって、２つの粒子（例えばpとn)間に力が生ずると
言われています。

自分の持っている原子核物理の教科書ではこういった記述が
ポッと出てきているだけで、
なぜ粒子（量子）の交換で力が生ずるのかが詳しく説明されてません。
直感的なイメージで説明していただけませんでしょうか？

回答No.2

mmky · ベストアンサー

[なぜ粒子（量子）の交換で力が生ずるのかが詳しく説明されてません。
直感的なイメージで説明していただけませんでしょうか？]

直感的にということなので、
分子を考えます。例えば原子が2個からなる分子があるとします。原子核はご存知のようにプラスの電荷を持っていますから原子同士は反発して結合するはずはありません。おのおのの原子の周りに電子が飛んでいます。電子もまたマイナスド同士ですから反発しかしません。でもなぜか2つの分子が結合しています。理由はおのおのの原子に所属するおのおのの電子が光速度で入れ替わることにより結合が生まれているのですね。
Ａの原子+Ａの電子→Ａの原子+Ｂの電子→Ａの原子+Ａの電子
Ｂの原子+Ｂの電子→Ｂの原子+Ａの電子→Ｂの原子+Ｂの電子
電子の交換により分子は存在していますね。
電子も量子の一つですね。だから、同じような交換結合の直感的概念が原子核内部の中性子や陽子の結合にも適用できるのではないでしょうか。
参考程度まで

お礼

なるほど！
確かに電子を共有することによって
２つの原子の間に力が働いているように見えますね。

これはクーロン力なのでしょうか？
クーロン力であったなら光子を交換することで力が生ずると
耳にしたことがありますが、上の場合は電子の交換ですよね。
どうなんでしょう・・・

回答ありがとうございました。

回答No.3

mmky

追伸まで
原子間における電子の交換、分子間でもパイオニア電子というのもありましたね。
電子の交換は原子間のクーロン力ですね。
電子対は光子に変換されますので、光子同士でも過程に電子対変換を考えれば同じような交換作用力を予想できますね。

参考程度に

回答No.1

satoumasaru

現在の量子力学では、すべての相互作用は仮想粒子の交換により生じる
とされていることはご存じだと思います。強い力はグルオン、電磁相互
作用は光子、弱い力はＷ,Ｚ粒子がその主人公です。（現在では強い力を
媒介する粒子はパイ中間子とはされていません）

＞なぜ粒子（量子）の交換で力が生ずるのかが詳しく説明されてません。
＞直感的なイメージで説明していただけませんでしょうか？

残念ながら、直感的なイメージでは量子力学は説明することができませ
ん。たとえば自乗するとマイナスとなる虚数という数字があります。これ
を直感的に説明ないのと同じことです。

お礼

＞強い力はグルオン
のようですね。
πはあくまで湯川中間子理論において核力を媒介する粒子なんですね。

＞残念ながら、直感的なイメージでは
＞量子力学は説明することができません。
＃２の方の共有結合によるアナロジーで
なんとなくわかってきたような気がします。

回答ありがとうございました。