Kaj je močna jedrska sila?

Močna jedrska sila, znana tudi kot močna interakcija, je najmočnejša sila v vesolju, 1038-krat močnejša od gravitacije in 100-krat močnejša od elektromagnetne sile. Edina pomanjkljivost je, da deluje samo na dolžinskih lestvicah atomskega jedra in hitro pada na daljše razdalje.
Močna jedrska sila je tisto, kar se sprosti med jedrskimi reakcijami, kot se dogajajo na Soncu, jedrskih elektrarnah in jedrskih bombah. Močno silo opisujejo zakoni kvantne kromodinamike, del standardnega modela fizike delcev, ki je bil razvit v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Nobelovo nagrado za fiziko leta 1970 so prejeli David Politzer, Frank Wilczek in David Gross.

Močna sila se dejansko ne pojavi neposredno med protoni in nevtroni v jedru, temveč v manjših kvarkih, ki jih sestavljajo. Silo posredujejo osnovni delci, imenovani gluoni, poimenovani po načinu, kako lepijo kvarke skupaj. Vsak proton ali nevtron je sestavljen iz treh kvarkov. Mednukleonska sila, ki drži jedro skupaj, je znana kot jedrska sila ali preostala močna sila, ker je le učinek drugega reda resnične močne sile, ki drži skupaj njihove sestavne kvarke.

Močna sila ima lastnost, imenovano asimptotična svoboda, kar pomeni, da ko se kvarki približujejo skupaj, se moč zmanjšuje in se asimptotično približuje ničli. Nasprotno, ko se kvarki oddaljujejo, postaja sila močnejša. Neuspeh pri iskanju prostih kvarkov pomeni, da noben pojav v vesolju, razen morda črnih lukenj, ni sposoben raztrgati kvarkov drug od drugega.

Teorije o močni sili so se pojavile na podlagi opazovanj v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so v komorah z mehurčki opazili vrsto različnih osnovnih delcev, imenovanih »zoo delcev«. Ta spekter delcev je zahteval razlage za svoje lastnosti, ki temeljijo na elegantni teoriji njihovih osnovnih sestavin. Predstavljena je teorija kvantne elektrodinamike (QED), ki zagotavlja najbolj natančno znano kvantitativno teorijo. Vendar pa je dobro znano dejstvo, da QED ni popoln, saj ni združljiv s trenutno najboljšo teorijo gravitacije, splošno teorijo relativnosti. Fiziki še naprej iščejo matematično poenotenje QED in splošne teorije relativnosti.

Domneva se, da lahko obstajajo kvarkovske zvezde, različice nevtronskih zvezd z izjemno visoko gostoto s tako gravitacijskim tlakom, da posameznih nevtronov ni mogoče razlikovati, vsi kvarki pa so združeni v nekaj, kar spominja na en velikanski nevtron, ki ga skupaj drži izključno močna sila in gravitacija. Vendar pa obstoj zvezd kvarkov še ni dokončno potrjen.