Fyzika silných sil

Silná síla, základní interakce přírody, která působí mezi subatomovými částicemi hmoty. Silná síla spojuje kvarky dohromady v klastrech a vytváří tak známé subatomické částice, jako jsou protony a neutrony. To také drží pohromadě atomové jádro a základní interakce mezi všemi částicemi obsahujícími kvarky.

subatomická částice: Silná síla

Ačkoli příhodně pojmenovaná silná síla je nejsilnější ze všech základních interakcí, je stejně jako slabá síla krátká a

Silná síla vzniká ve vlastnosti známé jako barva. Tato vlastnost, která nemá žádnou vizuální spojitost s barvou, je poněkud analogická s elektrickým nábojem. Stejně jako elektrický náboj je zdrojem elektromagnetismu nebo elektromagnetické síly, tak barva je zdrojem silné síly. Částice bez barvy, jako jsou elektrony a jiné leptony, necítí silnou sílu; částice s barvou, hlavně kvarky, „cítí“ silnou sílu. Kvantová chromodynamika, teorie kvantového pole popisující silné interakce, vychází z této centrální vlastnosti barvy.

Protony a neutrony jsou příklady baryonů, třídy částic, které obsahují tři kvarky, z nichž každý má jednu ze tří možných hodnot barvy (červená, modrá a zelená). Quarks mohou také kombinovat s antiquarks (jejich antičástice, které mají opačnou barvu) tvořit mesons, takový jako pí mesons a K mesons. Všechny baryony a mesony mají nulovou síťovou barvu a zdá se, že silná síla umožňuje existovat pouze kombinace s nulovou barvou. Pokusy vyrazit jednotlivé kvarky, například při srážkách částic s vysokou energií, mají za následek pouze vytvoření nových „bezbarvých“ částic, zejména mezonů.

Při silných interakcích si kvarky vyměňují gluony, nosiče silné síly. Gluony, stejně jako fotony (messengerové částice elektromagnetické síly), jsou bezhmotné částice s celou jednotkou vnitřní rotace. Na rozdíl od fotonů, které nejsou elektricky nabity, a proto necítí elektromagnetickou sílu, však gluony nesou barvu, což znamená, že cítí silnou sílu a mohou mezi sebou interagovat. Jedním z důsledků tohoto rozdílu je to, že v jeho krátkém rozmezí (asi 10 - ¹⁵ metrů, zhruba průměr protonu nebo neutronu) se zdá, že silná síla se vzdáleností zesílí, na rozdíl od ostatních sil.

Jak se vzdálenost mezi dvěma kvarky zvětšuje, síla mezi nimi se zvyšuje spíše jako napětí v kusu elastické, když jsou jeho dva konce od sebe odděleny. Nakonec se elastický materiál zlomí a získá dva kusy. Něco podobného se děje s kvarky, protože s dostatečnou energií to není jeden kvark, ale pár kvark-antiquark, který je „vytažen“ z klastru. Zdá se tedy, že kvarky jsou vždy zamčeny uvnitř pozorovatelných mezonů a baryonů, což je fenomén známý jako uvěznění. Ve vzdálenostech srovnatelných s průměrem protonu je silná interakce mezi kvarky asi 100krát větší než elektromagnetická interakce. Na menších vzdálenostech se však silná síla mezi kvarky oslabí a kvarky se začnou chovat jako nezávislé částice, což je efekt známý jako asymptotická svoboda.