Forza forte, una interazione fondamentale della natura che agisce tra particelle subatomiche della materia. La forza forte lega i quark in gruppi per creare particelle subatomiche più familiari, come protoni e neutroni. Tiene anche insieme il nucleo atomico e sottende le interazioni tra tutte le particelle contenenti quark.
particella subatomica: la forza forte
Sebbene la forza forte opportunamente nominata sia la più forte di tutte le interazioni fondamentali, come la forza debole, è a corto raggio e
La forza forte ha origine in una proprietà nota come colore. Questa proprietà, che non ha alcun legame con il colore nel senso visivo della parola, è in qualche modo analoga alla carica elettrica. Proprio come la carica elettrica è la fonte dell'elettromagnetismo o della forza elettromagnetica, così il colore è la fonte della forza forte. Le particelle senza colore, come elettroni e altri leptoni, non "sentono" la forza forte; le particelle di colore, principalmente i quark, "sentono" la forza forte. La cromodinamica quantistica, la teoria dei campi quantistici che descrive le interazioni forti, prende il nome da questa proprietà centrale del colore.
Protoni e neutroni sono esempi di barioni, una classe di particelle che contiene tre quark, ciascuno con uno dei tre possibili valori di colore (rosso, blu e verde). I quark possono anche combinarsi con gli antiquark (le loro antiparticelle, che hanno un colore opposto) per formare mesoni, come i mesoni pi e mesoni K. Barioni e mesoni hanno tutti un colore netto pari a zero e sembra che la forza forte consenta l'esistenza solo di combinazioni con colore zero. I tentativi di eliminare singoli quark, ad esempio in collisioni di particelle ad alta energia, portano solo alla creazione di nuove particelle "incolori", principalmente mesoni.
Nelle interazioni forti i quark si scambiano gluoni, i portatori della forza forte. I gluoni, come i fotoni (le particelle messaggere della forza elettromagnetica), sono particelle prive di massa con un'intera unità di spin intrinseco. Tuttavia, a differenza dei fotoni, che non sono caricati elettricamente e quindi non avvertono la forza elettromagnetica, i gluoni portano il colore, il che significa che sentono la forza forte e possono interagire tra loro. Un risultato di questa differenza è che, nel suo breve raggio (circa 10-15 metri, circa il diametro di un protone o di un neutrone), la forza forte sembra diventare più forte con la distanza, a differenza delle altre forze.
All'aumentare della distanza tra due quark, la forza tra loro aumenta piuttosto che la tensione in un pezzo di elastico quando le sue due estremità vengono separate. Alla fine l'elastico si romperà, producendo due pezzi. Qualcosa di simile accade con i quark, poiché con energia sufficiente non è un quark ma una coppia quark-antiquark che viene “estratta” da un cluster. Pertanto, i quark sembrano essere sempre chiusi all'interno dei mesoni e dei barioni osservabili, un fenomeno noto come confinamento. A distanze paragonabili al diametro di un protone, la forte interazione tra i quark è circa 100 volte maggiore dell'interazione elettromagnetica. A distanze minori, tuttavia, la forza forte tra i quark si indebolisce e i quark iniziano a comportarsi come particelle indipendenti, un effetto noto come libertà asintotica.
