در فیزیک ، نیروی قوی برهمکنش بین کوارک ها و گلوئون ها است که توسط کرومودینامیک کوانتومی توصیف شده است . در گذشته، آن را نیروی هسته ای می دانستند که بین پروتون ها و نوترون ها رخ می دهد و تا آن زمان غیرقابل تقسیم تلقی می شد. این یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت است که سایرین برهمکنش ضعیف ، برهمکنش الکترومغناطیسی و گرانش هستند . همچنین قوی ترین است، اگرچه شعاع عمل بسیار کوتاهی در حدود 10-14 متر [ 1 ] ( یا 0.0001 Å؛ 1 ångström = 10-10 متر ) دارد.
کار پیشگام بر روی نیروهای قوی توسط فیزیکدان ژاپنی یوکاوا [ 2 ] در سال 1935 انجام شد ، اما تا اواسط دهه 1970 هیچ نظریه ای وجود نداشت که بتواند پدیده های هسته ای را توضیح دهد. پس از آن بود که کرومودینامیک کوانتومی ظهور کرد ، نظریه ای که پدیده هایی را که در داخل هسته اتم رخ می دهد توضیح می دهد. نیروهای اساسی دیگر نیروی هسته ای ضعیف ، نیروی الکترومغناطیسی و نیروی گرانشی هستند .
تاریخ
قبل از دهه 1970 ، فیزیکدانان در مورد مکانیسم اتصال هسته اتم مطمئن نبودند. واضح بود که از پروتون و نوترون تشکیل شده است و پروتون بار الکتریکی دارد و نوترون از نظر الکتریکی خنثی است. بر اساس درک فیزیکی آن زمان، پروتون ها باید یکدیگر را دفع می کردند و اتم را به سرعت واپاشی می کردند، اما این اتفاق نیفتاد، نظریه جدیدی از فیزیک لازم بود.
نیروی قوی [ 2 ] برای توضیح اینکه چگونه هسته اتم با وجود دافعه الکترومغناطیسی متقابل پروتون ها کنار هم باقی می ماند، فرض شد. این فرضیه نیروی قوی بود، نیرویی بنیادی که بر نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) عمل می کرد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این امر نوکلئون‌ها را مجبور می‌کند با وجود دافعه الکترومغناطیسی پروتون‌ها به هم بچسبند (نیروی قوی صد برابر قوی‌تر از نیروی الکترومغناطیسی است).
سپس مشخص شد که پروتون‌ها و نوترون‌ها ذرات بنیادی نیستند و از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند و جاذبه بین نوکلئون‌ها یکی از عوارض جانبی اتفاقاتی است که درون آنها رخ می‌دهد و باعث چسبیدن کوارک‌ها به هم می‌شود. نظریه کرومودینامیک کوانتومی ، و اینکه کوارک ها حامل چیزی هستند که بار رنگ نامیده می شود، اگرچه هیچ ارتباطی با نور مرئی ندارد، کوارک هایی با رنگ های مختلف در نتیجه برهم کنش قوی که توسط ذرات به نام گلوئون واسطه می شود، یکدیگر را جذب می کنند .
جزئیات
تخمین زده می شود که در درون هسته، نسبت بین نیروهای هسته ای، الکتریکی و گرانشی به ترتیب 1:10 -3 :10 -39 است . [ 1 ]
رفتار نیروی قوی
نیروی قوی معاصر توسط کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، بخشی از مدل استاندارد فیزیک ذرات توصیف شده است. از نظر ریاضی، QCD یک نظریه گیج غیرآبلین است که بر اساس یک گروه تقارن سنج (محلی) به نام SU(3) است.
کوارک ها و گلوئون ها تنها ذراتی هستند که بار و رنگ آنها ناپدید نمی شود و بنابراین می توانند در برهمکنش قوی شرکت کنند که مستقیماً روی آنها تأثیر می گذارد.
نیروی قوی، بر خلاف سایر نیروهای بنیادی طبیعت (الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانش) با فاصله ای که به آن می رسد (که به اندازه یک هادرون است) قدرت کمتری ندارد، نیروی عامل آن حدود 10000 نیوتن است ، در QCD این محصور رنگ نامیده می شود، اما نشان می دهد که فقط هادرون ها و نه کوارک های منفرد را می توان مشاهده کرد. توضیح این است که مقدار کار انجام شده در برابر نیروی 10000 نیوتن (در حدود وزن یک تن متریک جرم در سطح زمین) برای ایجاد ذرات جدید در اثر برخورد بین آنها کافی است. به زبان ساده، انرژی اعمال شده برای جدا کردن دو کوارک از هم، یک جفت کوارک جدید تولید می کند. عدم مشاهده کوارک های آزاد گواه این پدیده است.