Stark kraftfysik

Stark kraft, en grundläggande naturinteraktion som verkar mellan subatomära partiklar av materia. Den starka kraften binder kvarkar i kluster för att göra mer bekanta subatomära partiklar, såsom protoner och neutroner. Den håller också samman atomkärnan och ligger till grund för interaktioner mellan alla partiklar som innehåller kvarkar.

subatomic partikel: Den starka kraften

Även om den lämpligt nämnda starka kraften är den starkaste av alla grundläggande interaktioner, är den, liksom den svaga kraften, kort avstånd och

Den starka kraften har sitt ursprung i en egenskap som kallas färg. Den här egenskapen, som inte har någon koppling till färg i ordets visuella mening, är något analogt med elektrisk laddning. Precis som elektrisk laddning är källan till elektromagnetism, eller den elektromagnetiska kraften, så är färg källan till den starka kraften. Partiklar utan färg, såsom elektroner och andra leptoner, "känner" inte den starka kraften; partiklar med färg, främst kvarkarna, "känner" den starka kraften. Kvantkromodynamik, kvantfältteorin som beskriver starka interaktioner, tar sitt namn från denna centrala färgegenskap.

Protoner och neutroner är exempel på baryoner, en klass av partiklar som innehåller tre kvarkar, var och en med tre möjliga färgvärden (röd, blå och grön). Kvarkar kan också kombineras med antikviteter (deras antipartiklar, som har motsatt färg) för att bilda mesoner, såsom pi-mesoner och K-mesoner. Baryoner och mesoner har alla en nettofärg på noll, och det verkar som om den starka kraften gör att endast kombinationer med nollfärg kan existera. Försök att slå ut enskilda kvarkar, till exempel i högenergi-partikelkollisioner, resulterar bara i att nya "färglösa" partiklar, främst mesoner, skapas.

I starka interaktioner utbyter kvarkarna gluoner, bärarna av den starka kraften. Gluoner, som fotoner (budbärarpartiklarna av den elektromagnetiska kraften), är masslösa partiklar med en hel enhet med inre rotation. Till skillnad från fotoner, som inte är elektriskt laddade och därför inte känner den elektromagnetiska kraften, bär gluoner färg, vilket innebär att de känner den starka kraften och kan interagera mellan sig. Ett resultat av denna skillnad är att inom den korta räckvidden (cirka ^10–15 meter, ungefär diametern på en proton eller en neutron) verkar den starka kraften bli starkare med avstånd, till skillnad från de andra krafterna.

När avståndet mellan två kvark ökar ökar kraften mellan dem snarare som spänningen gör i ett elastiskt stycke när dess två ändar dras isär. Så småningom kommer elastiken att bryta, vilket ger två stycken. Något liknande händer med kvarkar, för med tillräcklig energi är det inte en kvark utan ett kvark-antikvarkpar som "dras" från ett kluster. Således verkar kvarkar alltid vara inlåsta i de observerbara mesonerna och baryonerna, ett fenomen som kallas inneslutning. På avstånd som är jämförbara med diametern för en proton är den starka växelverkan mellan kvarkar cirka 100 gånger större än den elektromagnetiska växelverkan. På mindre avstånd blir emellertid den starka kraften mellan kvarkar svagare och kvarkarna börjar bete sig som oberoende partiklar, en effekt som kallas asymptotisk frihet.