强相互作用
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强相互作用(又称强力或强核力)是作用于强子之间的力,是已知四种基本作用力中最强的,也是作用距离第二短的(大约在 10-15 m 范围内[1],比弱相互作用的范围大)。另外三种相互作用分别是引力、电磁力及弱相互作用。核子间的核力就是强相互作用。它抵抗了质子之间的强大的电磁力,维持了原子核的稳定。强相互作用也将夸克基本粒子结合成为质子及中子等强子,这也是组成大部分物质的粒子。而且一般质子或中子里,大部分的质能是以强相互作用场能量的形式存在,夸克只提供了1%的质能。
强相互作用可以在二个地方看到:较大的尺度(约1至3飞米)下,强相互作用将质子及中子结合成为原子的原子核,较小的尺度(约0.8飞米,约为核子的尺寸)下,强相互作用将夸克结合,成为质子、中子或其他强子。强相互作用的作用力非常强,大到束缚一个夸克的能量可以转换为新的夸克对的质量,强相互作用的这个性质称为夸克禁闭。
强相互作用是唯一强度不会随距离减小的作用力,但因为夸克禁闭,夸克会限制和其他夸克在一起,形成的强子之间会有残留的强相互作用,也称为核力,核力会随距离而迅速减少。撞击原子核释放的部分束缚能和产生的核力有关,而核力也用在核能及核聚变式的核武器中[2][3]。
强相互作用一般认为是由胶子传递的[4],胶子会在夸克、反夸克及其他胶子之间交换。胶子会带有色荷,色荷和人眼可见的颜色完全没有关系[5],色荷类似电荷,但色荷有六种(红、绿、蓝、反红、反绿、反蓝),因此会形成不同的力,有不同的规则,在量子色动力学(QCD)中有描述,这也是夸克-胶子相互作用的基础。吴秀兰等科学家对胶子发现有很大贡献,因此在1995年获得了欧洲物理学会髙能和粒子物理奖[6]。
在大爆炸后,电弱时期时,弱电相互作用和强相互作用分离,统一弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已经获得实验证实。科学家进一步预期有一个大统一理论可以统一弱电相互作用及强相互作用[7],现今有许多是大统一理论的理论,第一个是哈沃德·乔吉和谢尔登·格拉肖于1974年提出了最早的SU(5)大统一理论,但和实验不合,其他的理论有SO(10)模型、乔吉-格拉肖模型(英语:Georgi–Glashow model),但还没有一个是广为科学家接受,且有实验证实的理论[8],而且许多大统一理论都预言质子衰变,但目前也还没有实验支持,大统一理论也还是未解决的物理学问题之一。