Co to jest silna siła nuklearna?

Silna siła jądrowa, znana również jako silne oddziaływanie, jest najsilniejszą siłą we wszechświecie, 10 ³⁸ razy silniejszą niż grawitacja i 100 razy silniejszą niż siła elektromagnetyczna. Jedynym haczykiem jest to, że działa on jedynie w skali długości jądra atomowego, gwałtownie opadając na dłuższe odległości.

Silna siła nuklearna jest uwalniana podczas reakcji nuklearnych, w rodzaju zachodzących w Słońcu, elektrowniach jądrowych i bombach jądrowych. Silną siłę opisują prawa chromodynamiki kwantowej, będące częścią Standardowego Modelu Fizyki Cząstek, który został opracowany w latach siedemdziesiątych. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z 2004 r. Przyznali David Politzer, Frank Wilczek i David Gross.

Silna siła w rzeczywistości nie występuje bezpośrednio między protonami i neutronami w jądrze, ale w tworzących je mniejszych kwarkach. W sile pośredniczą fundamentalne cząstki zwane gluonami, nazwanymi tak, jak sklejają kwarki. Każdy proton lub neutron składa się z trzech kwarków. Siła między nukleonami, która utrzymuje jądro razem, jest znana jako siła jądrowa lub szczątkowa siła resztkowa, ponieważ jest to jedynie efekt drugiego rzędu prawdziwej silnej siły, utrzymującej razem ich kwarki składowe.

Siła silna ma właściwość zwaną swobodą asymptotyczną, co oznacza, że ​​gdy kwarki zbliżają się do siebie, siła zmniejsza się, asymptotycznie zbliżając się do zera. I odwrotnie, gdy kwarki rozpadają się dalej, siła staje się silniejsza. Nie znaleziono wolnych kwarków, co oznacza, że ​​żadne zjawisko we wszechświecie, z wyjątkiem być może czarnych dziur, nie jest w stanie rozerwać kwarków na siebie.

Teorie silnej siły wyłoniły się z obserwacji w latach 50. XX wieku, w których w różnych komorach bąbelkowych zaobserwowano różne podstawowe cząstki zwane „zoo cząstek”. To spektrum cząstek wymagało wyjaśnienia ich właściwości w oparciu o elegancką teorię ich podstawowych składników. Dostarczona teoria elektrodynamiki kwantowej (QED), zapewniająca najbardziej precyzyjną znaną ilościową teorię naukową. Jednak dobrze wiadomo, że QED nie jest kompletny, ponieważ nie jest zgodny z najlepszą najlepszą teorią grawitacji, ogólną teorią względności. Fizycy nadal poszukują matematycznego połączenia QED i ogólnej teorii względności.

Istnieje hipoteza, że ​​mogą istnieć gwiazdy kwarkowe, warianty gwiazd neutronowych o bardzo dużej gęstości, o takim ciśnieniu grawitacyjnym, że nie można rozróżnić poszczególnych neutronów, a wszystkie kwarki łączą się w coś przypominającego jeden gigantyczny neutron, trzymany razem wyłącznie przez silną siłę i powaga. Jednak istnienie gwiazd kwarkowych nie zostało jeszcze ostatecznie potwierdzone.