Starke Kraft, eine grundlegende Wechselwirkung der Natur, die zwischen subatomaren Materieteilchen wirkt. Die starke Kraft bindet Quarks in Clustern zusammen, um bekanntere subatomare Teilchen wie Protonen und Neutronen zu bilden. Es hält auch den Atomkern zusammen und liegt den Wechselwirkungen zwischen allen Teilchen zugrunde, die Quarks enthalten.
subatomares Teilchen: Die starke Kraft
Obwohl die treffend benannte starke Kraft die stärkste aller fundamentalen Wechselwirkungen ist, ist sie wie die schwache Kraft von kurzer Reichweite und
Die starke Kraft entsteht in einer Eigenschaft, die als Farbe bekannt ist. Diese Eigenschaft, die im visuellen Sinne des Wortes keinen Zusammenhang mit Farbe hat, ist etwas analog zur elektrischen Ladung. So wie elektrische Ladung die Quelle des Elektromagnetismus oder die elektromagnetische Kraft ist, so ist Farbe die Quelle der starken Kraft. Partikel ohne Farbe, wie Elektronen und andere Leptonen, „spüren“ die starke Kraft nicht; Partikel mit Farbe, hauptsächlich die Quarks, „fühlen“ die starke Kraft. Die Quantenchromodynamik, die Quantenfeldtheorie, die starke Wechselwirkungen beschreibt, hat ihren Namen von dieser zentralen Eigenschaft der Farbe.
Protonen und Neutronen sind Beispiele für Baryonen, eine Klasse von Partikeln, die drei Quarks mit jeweils einem von drei möglichen Farbwerten (rot, blau und grün) enthalten. Quarks können sich auch mit Antiquarks (deren Antiteilchen, die eine entgegengesetzte Farbe haben) zu Mesonen wie Pi-Mesonen und K-Mesonen verbinden. Baryonen und Mesonen haben alle eine Nettofarbe von Null, und es scheint, dass die starke Kraft nur Kombinationen mit der Farbe Null zulässt. Versuche, einzelne Quarks auszuschalten, beispielsweise bei hochenergetischen Partikelkollisionen, führen nur zur Bildung neuer „farbloser“ Partikel, hauptsächlich Mesonen.
In starken Wechselwirkungen tauschen die Quarks Gluonen aus, die Träger der starken Kraft. Gluonen sind wie Photonen (die Botenpartikel der elektromagnetischen Kraft) masselose Partikel mit einer ganzen Einheit intrinsischen Spins. Im Gegensatz zu Photonen, die nicht elektrisch geladen sind und daher die elektromagnetische Kraft nicht spüren, tragen Gluonen Farbe, was bedeutet, dass sie die starke Kraft spüren und untereinander interagieren können. Ein Ergebnis dieses Unterschieds ist, dass innerhalb seines kurzen Bereichs (etwa 10 bis 15 Meter, ungefähr der Durchmesser eines Protons oder eines Neutrons) die starke Kraft im Gegensatz zu den anderen Kräften mit der Entfernung stärker zu werden scheint.
Wenn der Abstand zwischen zwei Quarks zunimmt, nimmt die Kraft zwischen ihnen eher zu, wie die Spannung in einem Stück Gummiband, wenn seine beiden Enden auseinandergezogen werden. Schließlich wird das Gummiband brechen und zwei Teile ergeben. Ähnliches passiert mit Quarks, denn bei ausreichender Energie wird nicht ein Quark, sondern ein Quark-Antiquark-Paar aus einem Cluster „gezogen“. Daher scheinen Quarks immer in den beobachtbaren Mesonen und Baryonen eingeschlossen zu sein, ein Phänomen, das als Einschluss bekannt ist. Bei Abständen, die mit dem Durchmesser eines Protons vergleichbar sind, ist die starke Wechselwirkung zwischen Quarks etwa 100-mal größer als die elektromagnetische Wechselwirkung. Bei kleineren Entfernungen wird jedoch die starke Kraft zwischen den Quarks schwächer und die Quarks beginnen sich wie unabhängige Teilchen zu verhalten, ein Effekt, der als asymptotische Freiheit bekannt ist.
