Interazione forte

In fisica e in particolare in fisica delle particelle l'interazione forte (chiamata anche forza forte o forza cromatica, o anche forza di colore) è una delle quattro interazioni fondamentali conosciute.^[1][2]

Nucleo atomico di elio formato da 2 protoni e due neutroni. I protoni hanno analoga carica elettrica positiva, ma la interazione forte impedisce la loro separazione, che sarebbe dovuta a causa della forza elettromagnetica. Questa rappresentazione è artistica, in realtà il nucleo ha una simmetria sferica (è cioè un miscuglio dinamico di quark). La scala è di 1 Å, che sono 0,1 nm, o 100 pm (vedi alla voce metro).

Può essere osservata in scala più piccola fra quark costituenti uno stesso protone o neutrone e altre particelle (i bosoni mediatori sono i gluoni), o in scala più grande fra quark di protoni e neutroni diversi all'interno del nucleo atomico (i bosoni mediatori sono i pioni virtuali^[3][4]). Nel secondo caso si parla in modo più specifico di forza nucleare forte o forza forte residua.^[2]

Come tutte le interazioni fra particelle subnucleari, l'interazione forte è trattata da una teoria quantistica dei campi, la cromodinamica quantistica, all'interno del Modello standard.

Proprietà

La forza forte fu così definita perché è quella di intensità maggiore tra le quattro forze fondamentali della natura. Viene detta anche forza cromatica perché le cariche che la generano si comportano in modo analogo ai colori primari (ci si riferisce però ai colori in senso astratto, senza che questo abbia alcuna relazione con i colori comunemente intesi^[5]). Il suo valore è circa 100 volte quello della forza elettromagnetica, circa 10⁵ maggiore della forza debole e 10³⁹ volte quello della gravità. L'interazione forte avviene tra i quark (mediata dai gluoni) e si manifesta anche, in forma attenuata, fra i nucleoni (mediata da pioni virtuali).

Considerato il nucleo di un generico atomo di un elemento AZE, esso sarà composto da Z protoni e da (A-Z) neutroni. Essendo i protoni carichi positivamente, tenderanno a respingersi per azione della forza elettromagnetica repulsiva che si instaura tra corpi elettricamente carichi con lo stesso segno. Un nucleo in cui agisse solo la forza elettromagnetica sarebbe destinato a essere disintegrato da queste forze repulsive. Per spiegare l'esistenza di nuclei atomici stabili in cui sono presenti due o più protoni viene introdotta l'azione attrattiva operata da una forza, detta forza nucleare forte, che è il residuo dell'interazione forte che si esercita tra i quark che formano sia i protoni che neutroni. I gluoni svolgono un'azione "collante" (da cui il loro nome: glue=colla) tra i quark che compongono i nucleoni; la condivisione di gluoni nei nucleoni genera tra questi un campo attrattivo attraverso lo scambio di pioni virtuali, che si oppone alle forze elettriche repulsive. La forza nucleare forte fu originariamente ipotizzata da Ettore Majorana.

L'interazione forte è radicalmente diversa dall'interazione elettromagnetica. Entrambe avvengono attraverso particelle di massa a riposo nulla, ma mentre i fotoni non hanno carica, i mediatori dell'interazione forte, i gluoni, come i quark, hanno a loro volta una carica di colore, che cambia continuamente con il loro trasferimento fra quark. Un'altra caratteristica fondamentale delle interazioni forti è che i quark non si manifestano mai isolati, ma in gruppi di tre (tripletti) o uniti a un antiquark a formare gli adroni; tale fenomeno, chiamato confinamento, è determinato dall'aumento dell'intensità dell’interazione forte all'aumentare della distanza. Come i colori reali nel loro insieme danno il "non colore" bianco, così i gruppi di quark hanno carica di colore netta uguale a zero.