הכוח החזק

הכוח החזק הוא אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע. טווחו קצר מאוד, בסדר גודל של גרעין האטום, פמטומטר (10⁻¹⁵ מטר).

החלקיק שנושא את הכוח החזק הוא הגלואון. התאוריה שמתארת אותו נקראת כרומודינמיקה קוונטית (QCD). בכוח החזק מעורבים קווארקים, חלקיקים יסודיים, שנקשרים זה לזה ויוצרים חלקיקים מורכבים שנקראים האדרונים. האדרונים מתחלקים לבאריונים (כמו פרוטון ונייטרון) ולמזונים.

מרבית המסה של האדרונים נובעת לא ממסת הקווארקים עצמם, אלא מאנרגיית השדה של הכוח החזק. למשל, מסת הפרוטון כמעט כולה מגיעה מאנרגיית הקשר הכרומודינמית, ולא ממסת שלושת קווארקי הערכיות שבתוכו.

כשהקווארקים קשורים בתוך האדרון, רוב הכוח החזק מתבטל. נותר כוח שיירי בין נוקליאונים (פרוטונים ונייטרונים) הנקרא הכוח הגרעיני. כוח זה, שמועבר בעיקר על ידי פאיונים (פיון הוא סוג של מזון), מחבר את הנוקליאונים בגרעין. טווחו הוא בערך 0.7, 2 פמטומטר.

לפי הכרומודינמיקה הקוונטית, לכל קווארק יש "מטען צבע", אדום, ירוק או כחול. אלה כינויים בלבד ולא צבעים ממשיים. אנטי-קווארקים נושאים אנטי-צבעים תואמים. האדרון יכול להתקיים רק אם הצבע הכולל שלו נייטרלי, כלומר "לבן".

הקשר בין קווארקים מתווך על ידי גלואונים. יש שמונה סוגי גלואונים, וכל גלואון נושא גם הוא מטען צבע. בגלל זאת, גלואונים יכולים להגיב זה עם זה. זה גורם לכך שהכוח החזק מוגבל לטווח קצר, על אף שלגלואון אין מסה.

מאפיין מיוחד הוא שהכוח החזק מתחזק כשמגדילים את המרחק בין קווארקים. לכן אי אפשר להפריד קווארקים בודדים; במקום זאת נוצרים קווארקים חדשים. תיאור לעזור להבין זאת הוא אנלוגיית הגומייה: כאשר מושכים גומייה מספיק, היא נקרעת ויוצרת שתי גומיות חדשות.

בצד השני, בקירבה רבה בין קווארקים הכוח נחלש והם מתנהגים כמעט כחופשיים. תופעה זו נקראת חופש אסימפטוטי.

ברמה המתמטית, במסגרת המודל הסטנדרטי הכוח החזק מיוצג על ידי חבורת הכיול .

הכוח החזק הוא אחד מארבעת הכוחות בטבע. הוא פועל בתוך גרעין האטום.

הכוח מועבר על ידי גלואונים. גלואון הוא חלקיק שמעביר כוח. הוא עובד בין קווארקים. קווארק הוא חלקיק מאוד קטן שבונה חלקיקים גדולים יותר.

החזק מחבר יחד פרוטונים ונייטרונים בגרעין. את הכוח הזה קוראים גם כוח גרעיני. את הכוח הגרעיני מעבירים פאיונים. פיון הוא חלקיק שמקשר בין הנוקליאונים.

רוב המסה של הפרוטון מגיעה מהאנרגיה של הכוח החזק, ולא מהמסת הקווארקים הפשוטה.

לכל קווארק יש "צבע", אדום, ירוק או כחול. זה רק שם להסבר. האדרון (החלקיק המורכב) צריך להיות בצבע נייטרלי, כלומר "לבן".

הגלואונים מחליפים צבעים בין הקווארקים. כשמנסים להפריד קווארקים, הכוח גדל, ונוצרות זוגות חדשים במקום להיפרד. זו תופעת הכליאה.

כאשר קווארקים קרובים מאוד, הכוח נחלש והם כמעט חופשיים. זאת נקרא חופש אסימפטוטי.

במסגרת המודל הסטנדרטי הכוח החזק מיוצג על ידי חבורת הכיול .