
English: 
Hi. It’s Mr. Andersen and this is AP Physics
essentials video 57. It is on the strong nuclear
force. Remember there are four fundamental
forces in the universe. We have gravity and
electromagnetism. They both operate at all
scales with gravity dominating at the large
and electromagnetism dominating in the small.
But we also have the strong and the weak nuclear
force. And it took scientists awhile to figure
that out just because we do not live at the
scale of a nucleus. And so how is a strong
nuclear force different than the others? Well
unlike gravity and electromagnetism, it only
dominates at the very small scale. It is way
stronger than all of the other forces and
it is what is holding the nucleus together
and then the components of the protons and
neutrons inside the nucleus as well. And so
the fundamental problems scientists saw right
away with the nucleus is that if you have
two positive charges and protons are going
to be positive charges next to each other,

Thai: 
สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอในชุดวิชาฟิสิกส์พื้นฐานลำดับที่ 57 นี้
จะว่าด้วยเรื่องของแรงนิวเคลียร์แบบแรง
คงยังจำกันได้ว่าในธรรมชาตินั้น มีแรงพื้นฐานอยู่สี่แบบ .. ตั้งแต่แรงโน้มถ่วง
และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งแสดงคุณสมบัติให้สังเกตได้ที่เกือบทุกระดับ
โดยที่แรงโน้มถ่วงจะเด่นชัดมากที่ระดับ(มวล)ขนาดใหญ่
และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขนาดเล็ก ..
.. ตอนนี้ เราก็จะมาพูดถึงแรงนิวเคลียร์แบบแรงและอ่อนกัน
โดยแรงทั้งสองแบบนี้ เพิ่งจะเป็นที่เข้าใจมากขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์
เนื่องจากการสังเกตนั้น ต้องทำกันในระดับนิวเคลียส
ทีนี้ลองมาดูกันว่าแรงนิวเคลียร์แบบแรงนี้ มีคุณสมบัติต่างออกไปจากแรงอื่นๆ อย่างไร
แรงนี้ จะต่างออกไปจากแรงโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้า
ตรงที่จะแสดงผลในระดับที่เล็กมากๆ
แล้วก็มีความแรงมากกว่าแรงแบบอื่นๆมาก
เป็นสิ่งที่ช่วยให้นิวเคลียสนั้น คงตัวอยู่ได้
ไม่ว่าจะเป็นส่วนประกอบต่างๆ ตั้งแต่โปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียส
ปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์เห็นปัญหาต้องขบคิดในทันทีที่
ศึกษาเรื่องนิวเคลียสก็คือ
การที่นิวเคลียสมีประจุบวกอยู่ด้วยกันในนั้น

English: 
according to electromagnetic forces they should
be pushing themselves apart. We should have
repulsion. But they do not just go flying
apart. They are held together. And so there
must be a force, and we call that the strong
nuclear force holding it together. It is the
greatest of all of the fundamental forces.
Something like 130 times that of electromagnetism.
And so once we get to this really small scale,
and that is where strong forces are going
to operate, it is going to take over. Now
how small do I mean. On the order of a fentometer,
which is 1 times 10 to the negative 15 meters.
And so once we get to the level of a nucleus
there is going to be a strong nuclear force
and this is a force between all of the components
of the nucleus, both the protons and the neutrons,
and it is holding it together. And even at
a smaller level, if we look at the components
of those nucleons, the quarks, it is holding
those together to make the protons and the
neutrons. And so how does a strong nuclear
force work? What we think is going on is that
mesons are going to be exchanged between these

Thai: 
ซึ่งตามหลักของแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว จะต้องมีแรงผลักออกจากกัน
ทว่า โปรตอนเหล่านี้ก็ไม่ได้ถูกผลักออกจากกัน ยังคงอยู่ด้วยกันได้
ก็แสดงว่าจะต้องมีแรงอะไรบางอย่างที่ทำให้โปรตอนพวกนี้ ยังคงเกาะอยู่ด้วยกันได้อยู่
เราเรียกแรงอันนี้ว่า แรงนิวเเคลียร์แบบแรง
นับเป็นแรงที่มีขนากมากที่สุดในบรรดาแรงพื้นฐานต่างๆ
คือมากถึง 130 เท่าของแม่เหล็กไฟฟ้า
และการที่จะศึกษาสังเกตผลของแรงอันนี้
จะต้องกระทำกันที่ระดับเล็กมากๆ
แรงนี้จึงสามารถแสดงผลให้เห็นๆได้ .. เล็กขนาดไหน?
ก็ขนาดเฟมโตเมตร (fentometer)
หรือก็คือ 1 คูณด้วย 10 ยกำลังลบ 15 เมตร นั่นเอง
.. เป็นระดับขนาดของนิวเคลียสอะตอม
ระดับขนาดที่เราศึกษาแรงนิวเคลียร์แรงอันนี้
แรงระหว่างส่วนต่างๆของอะตอมที่กล่าวไปแล้ว
ทั้งโปรตอนและนิวตรอนใช้ในการจับตัวอยู่ด้วยกัน
แม้กระทั่งระดับที่เล็กลงไปอีกในนิวคลีออน อย่างเช่น ควาร์ก
แรงนี้ก็ยังเป็นแรงที่ทำให้องค์ประกอบภายในยึดตัวอยู่ด้วยกันเป็นโปรตอนหนือนิวตรอนขึ้นมา
แล้วแรงนิงเคลียร์แบบแรงนี้ มีการทำงานอย่างไร?
สิ่งที่เชื่อว่าน่าจะเกิดขึ้นในนั้น ก็คือ มีการแลกเปลี่ยนเมซอน (mesons)
ระหว่างโปรตอนเกิดขึ้น

Thai: 
เมซอนก็คือควาร์กและแอนตีควาร์ก ซึ่งเชื่อว่า
เคลื่อนที่ไปมาระหว่างโปรตอนที่ว่านั้น
กลับไปกลับมาทำให้โปรตอนสามารถยึดตัวอยู่ด้วยกันได้
เรียกว่าแรงนิวเคลียร์แบบแรง
ไม่เฉพาะแต่โปรตอน แต่นิวตรอนก็เช่นกัน ..
.. อย่างที่้เรารู้กันก่อนแล้ว
ว่าโครงสร้างของโปรตอนนั้น ประกอบไปด้วยควาร์ก
.. แล้วควาร์กอยู่ด้วยกันได้อย่างไรล่ะ?
ก็จะมีกลูออน เป็นตัวที่ทำหน้าที่ในการยึดโปรตอนให้อยู่ด้วยกันได้
ก็หมายความว่าแรงนิวเคลียร์แบบแรงนี้ จะยิ่งเห็นได้ชัดว่า
มีความแรงมาก โดยเฉพาะเมื่อพิจารณากันในระดับเล็กแบบนี้
และเราอาจจะต้องพิจารณากันในสองระบบ
อย่างกรณีของโปรตอนสองตัวที่อยู่ห่างกันพอสมควรอย่างนี้
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะแสดงผล ผลักให้โปรตอนทั้งสองตัว แยกออกจากกัน
แต่ถ้าเข้ามา(ใกล้กัน?)ถึงขนาดนึง แรงนิวเคลียร์แบบแรงนั้น
ก็จะช่วยยึดให้โปรตอนทั้งสองตัว อยู่ด้วยกันได้
แล้วจะต้องเข้ามาใกล้กันขนาดไหนล่ะ?
ก็จะอยู่ที่ระยะห่างกันราวๆ สองเฟมโตมิเตอร์
หรือก็คือประมาณสองเท่าครึ่งของขนาดของโปรตอน
มาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราผลักโปรตอนสองตัวให้เข้ามาใกล้กัน
.. จะเห็นว่าแรงแม่เหล็กก็จะพยายามผลักโปรตอนออกจากกัน
แต่เมื่อเราผลักเข้ามาใกล้กันจนถึงระยะของแรงนิวเคียร์แบบแรง
ก็จะเห็นว่าโปรตอนทั้งสองตัวจะถูกยึดให้อยู่ด้วยกันได้

English: 
two protons. And so a meson is a quark and
antiquark and it will kind of bounce between
the two, almost like a ping pong ball. And
it holds them together. So we have this strong
force holding them together. Not only protons,
but neutrons as well. And you know this, that
if we zoom into a proton itself it is made
up of all these quarks. And what is holding
that together? We have these gluons that are
literally gluing the proton together. And
so the strong nuclear force is even greater
when we get to this small scale. And so we
really have two worlds at play here. If we
have 2 protons that are far enough apart,
electromagnetism is going to push them apart.
But once we get to the level of the strong
nuclear force it is going to pull them together.
And how big is this circle here? It is about
two fentometers apart. Or it is about 2 and
a half diameters of a proton apart. And so
what happens is as we push this proton close,
electromagnetism is going to be that repulsion
you see, but once we get inside that barrier,
that strong nuclear force is going to pull

English: 
them together. And so where is an example
of us seeing that in science? Well you could
look inside the nucleus itself. And so if
we are going with an atom that we are familiar
with, like hydrogen, hydrogen has one proton,
and so it is going to sit inside this binding
area of the nucleus. What is binding it? It
is going to be the strong nuclear force. But
let’s move to something like helium. Helium
is going to have 4 nucleons here. And so what
happens when you have 4 nucleons? We have
greater force, strong force between all of
these. And so you can see that the binding
energy, if we are looking at helium is going
to increase. If we increase the number of
nucleons, if we are looking at helium for
example, there is still a small nucleus because
it is pulling it all together, but what eventually
happens is once we get nucleons inside there
that are starting to move outside of this
scale, and you can see on this graph where
that occurs, once we go past iron, now the
strong nuclear forces are not great enough
to hold that together. Now electromagnetism
starts to take over and that is why we start
to have radiation occur. These are not stable

Thai: 
ตัวอย่างในทางวิทยาศาสตร์นั้น จะดูได้จากที่ไหนบ้าง?
เราก็จะต้องเข้าไปดูในนิวเคลียส .. เริ่มจากอะตอมที่เราคุ้นเคย
อย่างเช่นไฮโดรเจน ที่มีโปรตอนอยู่หนึ่งตัว
อยู่ในระยะของแรงยึดดังกล่าว
ระยะแรงยึดที่ว่านี้ หมายถึงระยะที่แรงนิวเคลียร์แบบแรงจะเริ่มส่งผลให้สังเกตได้
ทีนี้ลองมาดูฮีเลียม ที่มีนัวคลีออนสี่ตัว
ก็หมายความว่าเราจะมีแรงนั้นก็จะยิ่งมีขนาดมากขึ้นไปอีก
ก็จะเห็นได้ว่าพลังงานที่ยึดอะตอมให้อยู่ด้วยกัน
ในกรณีของฮีเลียมนั้น จะเริ่มมีค่ามากขึ้นไปตามกราฟ
ตามขนาดของจำนวนนิวคลีออนที่มากขึ้น
.. อย่างกรณีของฮีเลียมนั้น
อาจจะยังต้องถือว่าเป็นนิวเคลียสขนาดเล็กอยู่
ยึดกันอยู่ด้วยแรงนิวเคลียสที่เราพูดถึง
แต่เมื่อจำนวนของนิวคลีออกมากขึ้นๆ ขนาดของอะตอมก็จะเพิ่มขึ้น
จนขนาดอะตอมก็จะเริ่มเลยออกมาจากระยะของแรงยึด
เราก็จะเห็นได้จากที่แสดงในกราฟ อะตอมเหล็กเป็นตัวอย่างของกรณีนี้
แรงนิวเคลียร์แบบแรงเริ่มจะไม่เพียงพอที่จะยึดอะตอมให้อยู่ด้วยกันได้อีกต่อไป
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเริ่มจะส่งผลให้สังเกตได้
เป็นการอธิบายว่าทำไมจึงมีการแผ่รังสีเกิดขึ้น
เนื่องจากอะตอมเริ่มจะไม่มีความเสถียรแล้วนั่นเอง

Thai: 
ส่วนประกอบของอะตอมจึงถฏผลักออกมาจากตัวอะตอม
.. มาสรุปกันว่า พวกเราได้เรียนรู้
แรงนิวเคลียร์แบบแรง ซึงเป็นแรงที่ยึดให้อะตอบและส่วนประกอบต่างๆ
รวมตัวอยู่ด้วยกันได้ ..
.. ก็หวังว่าทั้งหมดนี้ คงจะเป็นประโยชน์บ้าง

English: 
anymore and so we are starting to lose bits
of that nucleus. And so did you learn to identify
the strong force as the force that holds not
only the nucleus together but the components
of the nucleus together? I hope so. And I
hope that was helpful.
