Sterke krachtfysica

Krachtige kracht, een fundamentele interactie van de natuur die werkt tussen subatomaire materiedeeltjes. De sterke kracht bindt quarks samen in clusters om bekendere subatomaire deeltjes te maken, zoals protonen en neutronen. Het houdt ook de atoomkern samen en ligt ten grondslag aan interacties tussen alle deeltjes die quarks bevatten.

subatomair deeltje: de sterke kracht

Hoewel de toepasselijk genoemde sterke kracht de sterkste is van alle fundamentele interacties, is deze, net als de zwakke kracht, van korte duur en

De sterke kracht is afkomstig van een eigenschap die bekend staat als kleur. Deze eigenschap, die geen verband houdt met kleur in de visuele zin van het woord, is enigszins analoog aan elektrische lading. Net zoals elektrische lading de bron is van elektromagnetisme of de elektromagnetische kracht, zo is kleur de bron van de sterke kracht. Deeltjes zonder kleur, zoals elektronen en andere leptonen, “voelen” de sterke kracht niet; deeltjes met kleur, voornamelijk de quarks, 'voelen' de sterke kracht. Quantumchromodynamica, de kwantumveldentheorie die sterke interacties beschrijft, dankt zijn naam aan deze centrale eigenschap van kleur.

Protonen en neutronen zijn voorbeelden van baryonen, een klasse van deeltjes die drie quarks bevatten, elk met een van de drie mogelijke kleurwaarden (rood, blauw en groen). Quarks kunnen ook combineren met antiquarks (hun antideeltjes, die een tegengestelde kleur hebben) om mesonen te vormen, zoals pi-mesonen en K-mesonen. Baryons en mesons hebben allemaal een netto kleur van nul en het lijkt erop dat de sterke kracht alleen combinaties met nul kleur toestaat. Pogingen om individuele quarks uit te schakelen, bijvoorbeeld bij hoogenergetische deeltjesbotsingen, resulteren alleen in de creatie van nieuwe "kleurloze" deeltjes, voornamelijk mesonen.

Bij sterke interacties wisselen de quarks gluonen uit, de dragers van de sterke kracht. Gluonen zijn, net als fotonen (de boodschapperdeeltjes van de elektromagnetische kracht), massaloze deeltjes met een hele eenheid van intrinsieke spin. In tegenstelling tot fotonen, die niet elektrisch geladen zijn en daarom de elektromagnetische kracht niet voelen, dragen gluonen kleur, wat betekent dat ze de sterke kracht voelen en onderling kunnen interageren. Een gevolg van dit verschil dat binnen de korte afstand (ongeveer 10 ^-15 meter, ongeveer de diameter van een proton of een neutron), de sterke kracht lijkt sterker te worden met de afstand, in tegenstelling tot de andere krachten.

Naarmate de afstand tussen twee quarks toeneemt, neemt de kracht ertussen toe, net zoals de spanning dat doet in een stuk elastiek wanneer de twee uiteinden uit elkaar worden getrokken. Uiteindelijk zal het elastiek breken, wat twee stukken oplevert. Iets soortgelijks gebeurt met quarks, want met voldoende energie is het niet één quark maar een quark-antiquark-paar dat uit een cluster wordt “getrokken”. Quarks lijken dus altijd opgesloten te zitten in de waarneembare mesonen en baryons, een fenomeen dat bekend staat als opsluiting. Op afstanden vergelijkbaar met de diameter van een proton is de sterke interactie tussen quarks ongeveer 100 keer groter dan de elektromagnetische interactie. Op kleinere afstanden wordt de sterke kracht tussen quarks echter zwakker en gaan de quarks zich gedragen als onafhankelijke deeltjes, een effect dat bekend staat als asymptotische vrijheid.