Was ist die starke Kernkraft?
Die starke Kernkraft, auch als starke Wechselwirkung bekannt, ist die stärkste Kraft im Universum, 10 38- mal stärker als die Schwerkraft und 100-mal stärker als die elektromagnetische Kraft. Der einzige Haken ist, dass es nur auf Längenskalen des Atomkerns arbeitet und für längere Strecken schnell abfällt.
Die starke Kernkraft ist das, was bei Kernreaktionen freigesetzt wird, wie sie in der Sonne, in Kernkraftwerken und bei Atombomben stattfinden. Die starke Kraft wird durch die Gesetze der Quantenchromodynamik beschrieben, die Teil des in den 1970er Jahren entwickelten Standardmodells der Teilchenphysik sind. Der Nobelpreis für Physik 2004 wurde an David Politzer, Frank Wilczek und David Gross verliehen.
Die starke Kraft tritt nicht direkt zwischen Protonen und Neutronen im Kern auf, sondern in den kleineren Quarks, aus denen sie bestehen. Die Kraft wird durch fundamentale Partikel vermittelt, die Gluonen genannt werden und nach der Art und Weise benannt sind, wie sie Quarks zusammenkleben. Jedes Proton oder Neutron besteht aus drei Quarks. Die Inter-Nukleon-Kraft, die den Kern zusammenhält, wird als Kernkraft oder als verbleibende starke Kraft bezeichnet, da sie nur ein Effekt zweiter Ordnung der wahren starken Kraft ist, die ihre konstituierenden Quarks zusammenhält.
Die starke Kraft hat eine Eigenschaft, die als asymptotische Freiheit bezeichnet wird. Das heißt, wenn sich die Quarks nähern, nimmt die Kraft ab und nähert sich asymptotisch Null. Umgekehrt wird die Kraft mit zunehmendem Abstand der Quarks stärker. Wenn freie Quarks nicht gefunden werden, bedeutet dies, dass kein Phänomen im Universum außer vielleicht Schwarzen Löchern in der Lage ist, Quarks voneinander zu trennen.
Theorien über die starke Kraft ergaben sich aus Beobachtungen in den 1950er Jahren, in denen in Blasenkammern eine Vielzahl verschiedener grundlegender Partikel, die sogenannten "Partikelzoos", beobachtet wurden. Dieses Spektrum von Partikeln erforderte Erklärungen für ihre Eigenschaften, die auf einer eleganten Theorie ihrer zugrunde liegenden Bestandteile beruhten. Die Theorie der Quantenelektrodynamik (QED) lieferte die präziseste quantitative wissenschaftliche Theorie, die bekannt ist. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass die QED nicht vollständig ist, da sie nicht mit der derzeit besten Theorie der Schwerkraft, der allgemeinen Relativitätstheorie, kompatibel ist. Die Physiker suchen weiterhin nach einer mathematischen Vereinheitlichung von QED und allgemeiner Relativitätstheorie.
Es wird vermutet, dass es Quarksterne geben kann, extrem dichte Varianten von Neutronensternen mit einem solchen Gravitationsdruck, dass einzelne Neutronen nicht unterschieden werden können, und alle Quarks werden zu etwas zusammengeführt, das einem gigantischen Neutron ähnelt, das ausschließlich durch die starke Kraft und zusammengehalten wird Schwere. Die Existenz von Quarksternen muss jedoch noch definitiv bestätigt werden.