Јака интеракција
From Wikipedia, the free encyclopedia
У физици елементарних честица јака сила или јака интеракција је механизам који је одговоран за јаку нуклеарну силу (која се такође назива јака сила или нуклеарна јака сила), и једна је од четири познате основне интеракције у природи, поред електромагнетне, слабе и гравитационе.[1][2][3] Преносиоци јаке интеракција су глуони. Она подразумева међуделовање кваркова и глуона, што се проучава квантном хромодинамиком.[4]:Ch1 Детектовање кваркова и глуона као самосталних честица до сада није било успешно. Директне последице јаких интеракција су нуклеарне интеракције које се манифестују у расејању нуклеона и елементарних честица у пољу силе језгра,[5][6] те на њиховом захвату у нуклеарним реакцијама.[7][8] Јака интеракција је најјача интеракција у природи. Њен домет је реда величине језгра, 10−15 m (1 фемтометер). Јака сила је приближно 137 пута јача од електромагнетне, милион пута јача од слабе интеракције и 1038 пута је јача од гравитације.[9] Време интеракције је кратко и креће се 10−23-10−21 s, а пресек је 10−27-10−21 cm². Јака нуклеарна сила држи заједно обичну материју зато што ограничава кваркове у хадронске честице[10][11][12] као што су протон и неутрон. Осим тога, јака сила везује неутроне и протоне чиме се креира атомско језгро. Највећи део масе обичних протона или неутрона је резултат поља енергије јаке силе; индивидуални кваркови производе само око 1% масе протона.
Јака интеракција је уочљива у два опсега: на већој скали (око 1 до 3 ), то је сила која везује протоне и неутроне (нуклеоне) заједно да формирају нуклеус атома. На мањој скали (мање од око 0,8 fm, тј. реда величине радијуса нуклеона), она је сила (преношена глуонима) која држи кваркове заједно да би се формирали протони, неутрони, и друге хадронске честице. У том контексту, она је позната као боја силе. Јака сила суштински има тако велику јачину да хадрони везани јаком силом могу да произведу нове масивне честице. Стога, ако су хадрони погођени високоенергетским честицама, то доводи до настанка нових хадрона уместо да се емитује зрачење (глуона). То својство јаке силе се назива ограничавање боје, и оно спречава слободну „емисију” јаке силе: уместо тога се у пракси формирају струје масивних честица.[13][14][15]
У контексту везивања протона и неутрона при формирану атомског језгра, јаке интеракције се називају нуклеарним силама (или резидуалном јаком силом). У овом случају то је остатак снажне интеракције између кваркова који сачињавају протоне и неутроне. Као такве, резидуалне јаке интеракције испољавају сасвим другачије понашање које зе зависно од удаљености између нуклеона, што се разликује од случаја када делују као везујућа сила кваркова унутар нуклеона. Енергија везивања која се делимично ослобађа при распаду нуклеуса је повезана са резидуалном јаком силом и она се испољава као фисиона енергија у нуклеарним централама и нуклеарном оружју фисионог типа.[16][17]
Јака интеракција је посредована разменом честица без масе званих глуони које делују између кваркова, антикваркова, и других глуона. Сматра се да глуони формирају интеракције са кварковима и другим глуонима путем типа промена званих промена боје. Промена боје је аналогна са електромагнетним наелектрисањем, али се јавља у три типа (±црвена, ±зелена, ±плава) уместо једног, што доводи до различитих типова силе, са различитим правилима понашања. Ова правила су детаљно описана у теорији квантне хромодинамике (), која се бави интеракцијама кваркова и глуона.[4]
Након Великог праска и током електрослабе епохе свемира, електрослаба сила се одвојила од јаке силе.[18][19][20] Низ покушаја успостављања велике уједињавајуће теорије је направљен,[21][22][23][24][25] али до сад успешна верзија такве теорије није формулисана, те унификација остаје на списку нерешених проблема физике.[26]