Ισχυρή δύναμη, μια θεμελιώδης αλληλεπίδραση της φύσης που δρα μεταξύ των υποατομικών σωματιδίων της ύλης. Η ισχυρή δύναμη συνδέει τα κουάρκ μαζί σε συστάδες για να κάνουν πιο γνωστά υποατομικά σωματίδια, όπως πρωτόνια και νετρόνια. Διατηρεί επίσης τον ατομικό πυρήνα και κρύβει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ όλων των σωματιδίων που περιέχουν κουάρκ.
υποατομικό σωματίδιο: Η ισχυρή δύναμη
Αν και η εύστοχη ισχυρή δύναμη είναι η ισχυρότερη από όλες τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, αυτή, όπως και η αδύναμη δύναμη, είναι βραχυπρόθεσμη και
Η ισχυρή δύναμη προέρχεται από μια ιδιότητα που είναι γνωστή ως χρώμα. Αυτή η ιδιότητα, η οποία δεν έχει καμία σχέση με το χρώμα με την οπτική έννοια της λέξης, είναι κάπως ανάλογη με το ηλεκτρικό φορτίο. Όπως το ηλεκτρικό φορτίο είναι η πηγή του ηλεκτρομαγνητισμού, ή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, έτσι το χρώμα είναι η πηγή της ισχυρής δύναμης. Σωματίδια χωρίς χρώμα, όπως ηλεκτρόνια και άλλα λεπτόνια, δεν «αισθάνονται» την ισχυρή δύναμη. σωματίδια με χρώμα, κυρίως τα κουάρκ, «αισθάνονται» την ισχυρή δύναμη. Η κβαντική χρωμοδυναμική, η κβαντική θεωρία πεδίου που περιγράφει ισχυρές αλληλεπιδράσεις, παίρνει το όνομά της από αυτήν την κεντρική ιδιότητα του χρώματος.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι παραδείγματα βαρυονίων, μια κατηγορία σωματιδίων που περιέχουν τρία κουάρκ, το καθένα με μία από τις τρεις πιθανές τιμές χρώματος (κόκκινο, μπλε και πράσινο). Τα κουάρκ μπορούν επίσης να συνδυαστούν με αντικαράρ (τα αντισωματικά τους, τα οποία έχουν αντίθετο χρώμα) για να σχηματίσουν μεσόνια, όπως τα μεσόνια π και τα μεσόνια Κ. Όλα τα μπάρυον και τα μεσόνια έχουν καθαρό χρώμα μηδέν, και φαίνεται ότι η ισχυρή δύναμη επιτρέπει να υπάρχουν μόνο συνδυασμοί με μηδέν χρώμα. Οι προσπάθειες εξουδετέρωσης μεμονωμένων κουάρκ, σε συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας, για παράδειγμα, έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων «άχρωμων» σωματιδίων, κυρίως μεσόνια.
Σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις τα κουάρκ ανταλλάσσουν γλουόνια, τους φορείς της ισχυρής δύναμης. Τα γλουόνια, όπως τα φωτόνια (τα σωματίδια αγγελιοφόρου της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης), είναι σωματίδια χωρίς μάζα με μια ολόκληρη μονάδα εσωτερικής περιστροφής. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα φωτόνια, τα οποία δεν είναι ηλεκτρικά φορτισμένα και επομένως δεν αισθάνονται την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, τα γλουόνια φέρουν χρώμα, πράγμα που σημαίνει ότι αισθάνονται την ισχυρή δύναμη και μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ένα αποτέλεσμα αυτής της διαφοράς είναι ότι, εντός της μικρής εμβέλειας (περίπου 10 −15 μέτρα, περίπου η διάμετρος ενός πρωτονίου ή ενός νετρονίου), η ισχυρή δύναμη φαίνεται να γίνεται ισχυρότερη με την απόσταση, σε αντίθεση με τις άλλες δυνάμεις.
Καθώς αυξάνεται η απόσταση μεταξύ δύο κουάρκ, η δύναμη μεταξύ τους αυξάνεται μάλλον καθώς η τάση γίνεται σε ένα κομμάτι ελαστικού καθώς τα δύο άκρα του τραβιούνται. Τελικά το ελαστικό θα σπάσει, δίνοντας δύο κομμάτια. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει με τα κουάρκ, γιατί με αρκετή ενέργεια δεν είναι ένα κουάρκ αλλά ένα ζεύγος κουάρκ-αντικαράρ που «τραβιέται» από ένα σύμπλεγμα. Έτσι, τα κουάρκ φαίνεται να είναι πάντα κλειδωμένα μέσα στα παρατηρήσιμα μεσόνια και τα βαρυόνια, ένα φαινόμενο γνωστό ως περιορισμός. Σε αποστάσεις συγκρίσιμες με τη διάμετρο ενός πρωτονίου, η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Σε μικρότερες αποστάσεις, ωστόσο, η ισχυρή δύναμη μεταξύ των κουάρκ γίνεται ασθενέστερη και τα κουάρκ αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν ανεξάρτητα σωματίδια, ένα αποτέλεσμα γνωστό ως ασυμπτωτική ελευθερία.
