Силно ядрено взаимодействие

Силно ядрено взаимодействие (наричано понякога цветно взаимодействие [1] или само силно взаимодействие) се разбира взаимодействието между кварки и глуони, такова каквото е описано от теорията на квантовата хромодинамика.

Кварките съставят адрони (протони и неутрони, които съставят голяма част от познатата ни материя). Протонът, например, е съставен от два горни и един долен кварк, което привидно нарушава принципа на Паули, според който две квантови частици не могат да са в едно квантово състояние. От това следва, че трябва да се въведе ново свойство на кварките, което да притежава 6 проявления - цветния заряд. [2]

Цветът на кварките обаче няма общо със зрителните ни възприятия за цвят. Цветният заряд бива „син“, „червен“ и „зелен“, като за всеки цветен заряд съществуват и противоположните им - „антисин“, „антизелен“ и „античервен“[1]. При свързването на три разноцветни кварка се получава бял барион[1].

Кварките си взаимодействат посредством обмен на глуони, които пренасят цветния заряд[2]. Силата на взаимодействието е пропорционална на произведението на зарядите, като едноименните заряди се отблъскват, а разноименните се привличат. Когато изпусне глуон, кваркът променя цвета си. Например, ако син кварк абсорбира глуон, в резултат на което се превърне в червен кварк, казваме, че цветът на глуона е „червен минус син“[3] (ч-з). Изчерпвайки всички възможни преходи между кварките с промяна на цвета получаваме, се получават 6 глуона от този тип ч-з, з-с, с-ч, з-ч, с-з, ч-с.

Освен това съществуват кваркови преходи без промяна на цвета – червен в червен, зелен в зелен и син в син. Те се осъществяват от два цветнонеутрални глуона. Антикварките имат антицветни заряди, които се отличават от зарядите на съответните кварки само по своя знак.

Интересно свойство на кварките е т.нар. асимптотична свобода - кварките са по-близко, силата на цветното взаимодействие е по-малка. Когато кварките се отдалечават, те взаимодействат по-силно, поради което кварките не могат да напуснат ядрото, което съставят[1]. Нобеловата награда по физика за 2004 е присъдена на Франк Уилчек, Дейвид Грос и Дейвид Полицер именно за откриването на асимптотичната свобода на кварките.

Квантовата хромодинамика обяснява огромен брой закономерности във физиката на силното взаимодействие – т.н. стандартен модел. Единственият липсващ елемент в стандартния модел е бозона на Хигс. Очаква се хипотезата за нейното съществуване да се потвърди или отрече през 2008 след като бъде пуснат в действие Големия адронен ускорител в ЦЕРН, Женева[4].