Сильна взаємодія

Сильна взаємодія, одне з чотирьох фундаментальних взаємодій природи, інтенсивність якого значно більша, ніж в інших типів взаємодій - електромагнітного, слабкого та гравітаційного. Забезпечує стабільність адронів та атомних ядер. Раніше під сильною взаємодією розуміли взаємодію між протонами і нейтронами ядра шляхом обміну півонії та іншими мезонами. Це природно пояснювало короткодія ядерних сил. Першу теорію ядерних сил запропонував Х. Юкава в 1935 р. Далі стало ясно, що протони, нейтрони, пі-мезони та інші сильновзаємодіючі частки (нині їх відкрито більше тисячі) складаються з фундаментальних частинок - кварків. Істинно фундаментальна сильна взаємодія між кварками здійснюється шляхом обміну глюонами квантами глюонного поля, аналогічно тому, як електромагнітна взаємодія здійснюється обміном фотона квантами електромагнітного поля. Ядерні взаємодії є вторинними.

Сильна взаємодія між кварками пов'язана з наявністю у кварків квантового числа, що називається кольором, та колірного заряду. Кварки бувають 3 кольорів і підпорядковуються принципу симетрії щодо перетворень у просторі кольору з групою симетрії SU(3) SU(3) SU(3). Глюони – переносники сильної взаємодії – мають 8 кольорів. Завдяки сильній взаємодії кварки утворюють «безбарвні» пов'язані стани. До них відносяться баріони, що складаються з 3 кварків, і мезони, що складаються з кварку та антикварку. Кварки замкнені всередині баріонів та мезонів і не можуть існувати у вільному стані; це явище називається утриманням кольору чи конфайнментом.

Сильна взаємодія, на відміну електромагнітного, має кінцевий радіус дії і по-різному поводиться на різних масштабах. На малих відстанях воно описується законом Кулона з ефективним зарядом, який логарифмічно зменшується від відстані і зростає з його збільшенням. Тому на малих відстанях кварки є майже вільними частинками, що було експериментально перевірено на прискорювачах у дослідах розсіювання адронів. Це описується рівняннями квантової хромодинаміки і отримало назву асимптотичної свободи. На великих відстанях глюони утворюють струни, натягнуті між кварками і утримують від розльоту (т. зв. струнні моделі адронів ); цим пояснюється конфайнмент кварків. Якщо збільшити натяг, то струна рветься і на кінцях утворюються нові кварк і антикварк, які входять до складу новостворених «безбарвних» адронів. В результаті замість кварків утворюються адронні струмені. На відміну від фотонів, глюони через наявність кольорового заряду також взаємодіють між собою і замкнені всередині адронів, як і кварки. Існування глюонів було підтверджено в експериментах на прискорювачах вивчення адронних струменів.

У сильній взаємодії між адронами зберігаються всі квантові числа та симетрії: колірний заряд, парність, зарядове сполучення, обіг часу, а також сорт (аромат) кварків.

Опубліковано 6 грудня 2022 р. о 13:20 (GMT+3). Останнє оновлення 6 грудня 2022 р. о 13:20 (GMT+3). Зв'язатися з редакцією