Sterk kraftfysikk

Sterk kraft, et grunnleggende samspill av naturen som virker mellom subatomære partikler av materie. Den sterke kraften binder kvarker sammen i klynger for å lage mer kjente subatomære partikler, for eksempel protoner og nøytroner. Den holder også atomkjernen sammen og ligger til grunn for interaksjoner mellom alle partikler som inneholder kvarker.

subatomisk partikkel: Den sterke kraften

Selv om den passende navngitte sterke styrken er den sterkeste av alle grunnleggende interaksjoner, er den, i likhet med den svake kraften, kortsiktig og

Den sterke kraften har sin opprinnelse i en eiendom kjent som farge. Denne egenskapen, som ikke har noen sammenheng med farge i den visuelle betydningen av ordet, er noe analog med elektrisk ladning. Akkurat som elektrisk ladning er kilden til elektromagnetisme, eller den elektromagnetiske kraften, så er fargen kilden til den sterke kraften. Partikler uten farge, for eksempel elektroner og andre leptoner, "føler" ikke den sterke kraften; partikler med farge, hovedsakelig kvarkene, "føler" den sterke kraften. Kvantekromodynamikk, kvantefeltteorien som beskriver sterke interaksjoner, tar navnet fra denne sentrale egenskapen til farger.

Protoner og nøytroner er eksempler på baryoner, en klasse av partikler som inneholder tre kvarker, hver med en av tre mulige fargerverdier (rød, blå og grønn). Kvarker kan også kombineres med antikvarker (deres partikler, som har motsatt farge) for å danne mesoner, for eksempel pi-mesoner og K-mesoner. Baryoner og mesoner har alle en netto farge på null, og det ser ut til at den sterke kraften gjør at bare kombinasjoner med null farge kan eksistere. Forsøk på å slå ut individuelle kvarker, i for eksempel partikkelkollisjoner med høy energi, resulterer bare i dannelsen av nye "fargeløse" partikler, hovedsakelig mesoner.

I sterke interaksjoner bytter kvarkene ut gluoner, bærere av den sterke styrken. Gluoner, som fotoner (messengerpartiklene til den elektromagnetiske kraften), er masseløse partikler med en hel enhet indre spinn. I motsetning til fotoner, som ikke er elektrisk ladet og derfor ikke føler den elektromagnetiske kraften, bærer gluoner farge, noe som betyr at de føler den sterke kraften og kan samhandle seg imellom. Et resultat av denne forskjellen er at innenfor dets korte rekkevidde (ca. ^10-15 meter, omtrent diameteren til et proton eller et nøytron), ser det ut til at den sterke kraften blir sterkere med avstand, i motsetning til de andre kreftene.

Når avstanden mellom to kvark øker, øker kraften mellom dem snarere som spenningen gjør i et stykke elastikk når de to ender trekkes fra hverandre. Etter hvert vil elastikken gå i stykker, og gi to stykker. Noe lignende skjer med kvarker, for med tilstrekkelig energi er det ikke ett kvark, men et kvark-antikvarkspar som "dras" fra en klynge. Dermed ser det ut som om kvarker alltid er låst inne i de observerbare mesons og baryoner, et fenomen kjent som innesperring. I avstander som kan sammenlignes med diameteren til et proton, er den sterke vekselvirkningen mellom kvarkene omtrent 100 ganger større enn den elektromagnetiske interaksjonen. På mindre avstander blir imidlertid den sterke kraften mellom kvarkene svakere, og kvarkene begynner å oppføre seg som uavhengige partikler, en effekt kjent som asymptotisk frihet.