In der Partikel-Physik ist die starke Wechselwirkung (hat auch die starke Kraft, starke Kernkraft oder Farbenkraft genannt), eine der vier grundsätzlichen Wechselwirkungen der Natur, andere, die Elektromagnetismus, die schwache Wechselwirkung und Schwerkraft sind. An der Atomskala ist es ungefähr 100mal stärker als Elektromagnetismus, der der Reihe nach Größenordnungen ist, die stärker sind als die schwache Kraft-Wechselwirkung und Schwerkraft.

Die starke Wechselwirkung ist in zwei Gebieten erkennbar: Auf einer größeren Skala (ungefähr 1 bis 3 femtometers (von)) ist es die Kraft, die Protone und Neutronen (Nukleonen) zusammen verpflichtet, den Kern eines Atoms zu bilden. Auf der kleineren Skala (weniger als ungefähr 0.8 von, der Radius eines Nukleons), ist es auch die Kraft (getragen durch gluons), der Quarke zusammenhält, um Protone, Neutronen und andere hadron Partikeln zu bilden.

Im Zusammenhang von verbindlichen Protonen und Neutronen zusammen, um Atome zu bilden, wird die starke Wechselwirkung die Kernkraft (oder restliche starke Kraft) genannt. In diesem Fall ist es der Bodensatz der starken Wechselwirkung zwischen den Quarken, die die Protone und Neutronen zusammensetzen. Als solcher folgt die restliche starke Wechselwirkung einem ziemlich verschiedenen von der Entfernung abhängigen Verhalten zwischen Nukleonen, davon, wenn sie handelt, um Quarke innerhalb von Nukleonen zu binden.

Wie man

denkt, wird die starke Wechselwirkung durch gluons vermittelt, nach Quarken, Antiquarken und anderem gluons handelnd. Wie man denkt, wirken Gluons abwechselnd mit Quarken und gluons aufeinander, weil alle einen Typ der Anklage genannt "Farbenanklage tragen." Farbenanklage ist der elektromagnetischen Anklage analog, aber es kommt in drei Typen nicht zwei, und es läuft auf einen verschiedenen Typ der Kraft mit verschiedenen Regeln des Verhaltens hinaus. Über diese Regeln wird in der Theorie des Quants chromodynamics (QCD) ausführlich berichtet, der die Theorie von Wechselwirkungen des Quarks-gluon ist.

Geschichte

Vor den 1970er Jahren waren Physiker über den verbindlichen Mechanismus des Atomkerns unsicher. Es war bekannt, dass der Kern aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt wurde, und dass Protone positive elektrische Anklage besessen haben, während Neutronen elektrisch neutral waren. Jedoch sind diese Tatsachen geschienen, einander zu widersprechen. Durch das physische Verstehen damals würden positive Anklagen einander zurücktreiben, und der Kern sollte deshalb einzeln fliegen. Jedoch wurde das nie beobachtet. Neue Physik war erforderlich, um dieses Phänomen zu erklären.

Wie man

verlangte, hat eine stärkere attraktive Kraft erklärt, wie der Atomkern zusammen trotz der gegenseitigen elektromagnetischen Repulsion der Protone gebunden wurde. Dieser hat Hypothese aufgestellt, dass Kraft die starke Kraft genannt wurde, die, wie man glaubte, eine grundsätzliche Kraft war, die den Nukleonen gefolgt hat (die Protone und Neutronen, die den Kern zusammensetzen). Experimente haben darauf hingewiesen, dass diese Kraft Protone und Neutronen zusammen mit der gleichen Kraft gebunden hat.

Es wurde später entdeckt, dass Protone und Neutronen nicht grundsätzliche Partikeln waren, aber aus konstituierenden Partikeln genannt Quarke zusammengesetzt wurden. Die starke Anziehungskraft zwischen Nukleonen war die Nebenwirkung einer grundsätzlicheren Kraft, die die Quarke zusammen in den Protonen und Neutronen gebunden hat. Die Theorie des Quants chromodynamics erklärt, dass Quarke tragen, was eine Farbenanklage genannt wird, obwohl es keine Beziehung zur sichtbaren Farbe hat. Quarke mit verschieden von der Farbenanklage ziehen einander infolge der starken Wechselwirkung an, die durch genannten gluons von Partikeln vermittelt wird.

Details

Das starke Wort wird verwendet, da die starke Wechselwirkung von den vier grundsätzlichen Kräften "am stärksten" ist; seine Kraft ist 100mal mehr als das der elektromagnetischen Kraft, ungefähr 10mal so groß wie diese der schwachen Kraft, und ungefähr 10mal mehr als das der Schwerkraft.

Verhalten der starken Kraft

Die zeitgenössische starke Kraft wird durch das Quant chromodynamics (QCD), einen Teil des Standardmodells der Partikel-Physik beschrieben. Mathematisch ist QCD eine Non-Abelian-Maß-Theorie, die auf einem Vorortszug (Maß) Symmetrie-Gruppe genannt SU (3) gestützt ist.

Quarke und gluons sind die einzigen grundsätzlichen Partikeln, die nichtverschwindende Farbenanklage tragen, und folglich an starken Wechselwirkungen teilnehmen. Die starke Kraft selbst handelt direkt nur auf dem elementaren Quark und den gluon Partikeln.

Alle Quarke und gluons in QCD wirken mit einander durch die starke Kraft aufeinander. Die Kraft der Wechselwirkung wird durch die starke Kopplungskonstante parametrisiert. Diese Kraft wird durch die Maß-Farbenanklage der Partikel, eine Gruppe theoretisches Eigentum modifiziert.

Die starke Kraft handelt zwischen Quarken. Verschieden von allen anderen Kräften (elektromagnetisch, schwach, und Gravitations-) vermindert sich die starke Kraft in der Kraft mit der zunehmenden Entfernung nicht. Nachdem eine Begrenzungsentfernung (über die Größe eines hadron) erreicht worden ist, bleibt es an einer Kraft von ungefähr 10,000 Newton, egal wie viel weiter die Entfernung zwischen den Quarken. In QCD wird dieses Phänomen Farbenbeschränkung genannt; es deutet an, dass nur hadrons, nicht individuelle freie Quarke, beobachtet werden kann. Die Erklärung besteht darin, dass der Betrag der geleisteten Arbeit gegen eine Kraft von 10,000 Newton (über das Gewicht einer Ein-Metertonne-Masse auf der Oberfläche der Erde) genug ist, um Paare des Partikel-Antiteilchens innerhalb einer sehr kurzen Entfernung einer Wechselwirkung zu schaffen. In einfachen Begriffen wird sich die wirkliche Energie, die angewandt ist, um zwei Quarke auseinander zu reißen, in neue Quarke dass Paar wieder mit den ursprünglichen verwandeln. Wie man betrachtet, ist der Misserfolg aller Experimente, die nach freien Quarken gesucht haben, Beweise für dieses Phänomen.

Das elementare Quark und die gluon betroffenen Partikeln sind direkt unbeobachtbar, aber erscheinen stattdessen als Strahlen kürzlich geschaffenen hadrons, wann auch immer Energie in ein Band des Quark-Quarks, als abgelegt wird, wenn ein Quark in einem Proton durch ein sehr schnelles Quark (in einem einwirkenden Proton) während eines Partikel-Gaspedal-Experimentes geschlagen wird. Jedoch ist Quark-gluon plasmas beobachtet worden.

Jedes Quark im Weltall zieht jedes andere Quark in der obengenannten Entfernung unabhängige Weise nicht an, da Farbenbeschränkung andeutet, dass die starke Kraft ohne Entfernungsabnahme nur zwischen Paaren von einzelnen Quarken handelt, und dass in Sammlungen von bestimmten Quarken (d. h., hadrons), die Nettofarbenanklage der Quarke, wie gesehen, von weit weg annulliert. Sammlungen von Quarken (hadrons) erscheinen deshalb (fast) ohne Farbenanklage. Die starke Kraft fehlt deshalb fast zwischen solchem hadrons (d. h., zwischen baryons oder Mesonen). In diesem Fall hat nur eine restliche Kraft (beschrieben unten) die restlichen starken Kraft-Taten zwischen dem "farblosen" hadrons genannt, und diese restliche Kraft vermindert sich schnell mit der Entfernung, und ist so (effektiv einige femtometers) sehr für kurze Strecken.

Restliche starke Kraft

Die restliche Wirkung der starken Kraft wird die Kernkraft genannt. Die Kernkraft handelt zwischen hadrons, wie Mesonen oder die Nukleonen in Atomkernen. Diese "restliche starke Kraft", indirekt handelnd, übersendet gluons, die einen Teil des virtuellen Pis und der rho Mesonen bilden, die abwechselnd die Kernkraft zwischen Nukleonen übersenden.

Die restliche starke Kraft ist so ein geringer Bodensatz der starken Kraft, die Quarke zusammen in Protone und Neutronen bindet. Diese dieselbe Kraft ist zwischen Neutronen und Protonen viel schwächer, weil sie größtenteils innerhalb ihrer ebenso für neutral erklärt wird, dass elektromagnetische Kräfte zwischen neutralen Atomen (Kräfte von van der Waals) viel schwächer sind als die elektromagnetischen Kräfte, die die Atome innerlich zusammenhalten.

Verschieden von der starken Kraft selbst vermindert sich die Kernkraft oder restliche starke Kraft, wirklich in der Kraft, und vermindert sich tatsächlich schnell mit der Entfernung. Die Abnahme ist ungefähr als eine negative Exponentialmacht der Entfernung, obwohl es keinen einfachen dafür bekannten Ausdruck gibt; sieh Potenzial von Yukawa. Diese Tatsache, zusammen mit weniger - schnelle Abnahme der störenden elektromagnetischen Kraft zwischen Protonen mit der Entfernung, verursacht die Instabilität von größeren Atomkernen, wie alle diejenigen mit Atomnummern, die größer sind als 82 (die Element-Leitung).

Siehe auch

• Kernbindungsenergie
• Farbenanklage
• Kopplungskonstante

Kernphysik

• QCD Sache
• Quant-Feldtheorie und Maß-Theorie
• Standardmodell der Partikel-Physik und Standardmodell (mathematische Formulierung)
• Schwache Wechselwirkung, Elektromagnetismus und Ernst
• Zwischenmolekulare Kraft
• Wirbelwind

Weiterführende Literatur