sterk vekselvirkning – Store norske leksikon

En lilla ball med tre mindre baller inni. De mindre ballene symboliserer kvarker. To av de mindre ballene har en pil opp og den siste har en pil ned. Mellom kvarkene er det tegnet springfjærer som symboliserer gluoner. — Atomkjernen inneholder protoner og nøytroner, og disse er igjen bygd opp av kvarker.

Et proton besteår av to opp-kvarker og en ned-kvark.

Av Jonas Taraldsen/Store norske leksikon.

Lisens: Begrenset gjenbruk

Sterk vekselvirkning er kraften som virker mellom kvarker og gluoner, og som binder kvarkene sammen til hadroner, for eksempel protoner og nøytroner i atomkjernen.

Faktaboks

Også kjent som: fargekraft

Av de fire kjente fundamentale kreftene i naturen, er sterk vekselvirkning den sterkeste. Det vil si at i en dragkamp med de andre kreftene, som er gravitasjon, elektromagnetisme, og den svake kjernekraften, vil den sterke kjernekraften alltid vinne om forholdene ellers er like. Samtidig virker den bare over veldig korte avstander, av størrelsen av et nukleon, som er omlag en milliontedel av en milliardtedel av en meter, eller 10^-15 meter i vitenskaplig notasjon.

Sterk vekselvirkning kalles også fargekraft. Farge spiller her på en form for ladning som kvarkene bærer, og har ingenting med vanlig optisk farge å gjøre, se fargeladning.

I elementærpartikkelfysikk beskrives sterk vekselvirkning matematisk ved en kvantefeltteori som kalles kvantekromodynamikk.

Fysisk beskrivelse

I moderne elementærpartikkelfysikk beskriver man protoner og nøytroner, og andre kjernepartikler, ved å ta utgangspunkt i de fundamentale byggesteinene kvarker. Kvarkene har en type ladning som — av mangel på en makroskopisk analogi — har fått navnet «farge», men som ikke har noe å gjøre med vanlig optisk synlig farge.

Alle de seks kjente kvarktypene (u, d, s, c, b, og t) kan ha én av tre ulike fargeladninger. Fargeladningene kalles «rød», «grønn» og «blå», fordi disse fargene satt sammen blir nøytralt «hvitt» lys.

Den sterke vekselvirkningen ligner — ett stykke på vei — på kraften mellom to elektriske ladninger. I elektromagnetisme vekselvirker elektrisk ladde partikler ved hjelp av fotoner. Analogt med dette vekselvirker kvarkene ved hjelp av utveksling av gluoner.

Gluonene (egentlig gluon-feltet) er bærere av «farge»-kreftene, som binder kvarker sammen til protoner og nøytroner (og mer generelt til baryoner og mesoner). Gluonene er altså kraftformidlere i sterk vekselvirkning på tilsvarende måte som fotonene (lyskvantene) er kraftformidlere i elektromagnetisk vekselvirkning.

Innestengning

Fordi gluonene selv har fargeladning, i motsetning til fotonene som ikke har elektrisk ladning, så kan gluonene vekselvirke med seg selv. Denne egenskapen fører til fenomenet innestengning.

Innestengning vil si at når avstanden øker, blir fargekreftene så sterke at kvarkene og gluonene ikke kan slippe ut av hadronet (for eksempel et proton). Videre fungerer sterk vekselvirkning slik at kvarkene må kombineres på en slik måte at nukleonene sett på avstand er «fargenøytrale». Vi kan derfor ikke observere frie fargeladninger slik vi kan med elektriske ladninger.

Asymptotisk frihet

Mens elektromagnetiske krefter blir sterkere når energien øker, er det omvendt med fargekraften. Dette leder til fenomenet asymptotisk frihet, hvor kvarkene oppfører seg omtrent som frie ved høye nok energier, som i partikkelakseleratorer som LHC.

Relasjon til kjernekrefter

Kjernekreftene, det vil si kreftene mellom protoner og nøytroner i en atomkjerne, er en effekt av den sterke vekselvirkningen, til tross for at protonene og nøytronene sett utenfra ikke har fargeladning.

Når for eksempel to protoner kommer tilstrekkelig nær hverandre kan en kvark i det ene protonet bli tiltrukket av en kvark i det andre protonet gjennom den sterke vekselvirkningen. Denne sterke kraften kan dominere fullstendig over den elektriske frastøtningen som finnes mellom de to protonene, siden de begge har positiv ladning. Dermed skapes i sum en tiltrekning mellom protonene.

Kjernekreftene kan i prinsippet avledes av «fargekreftene» på samme måte som kreftene mellom atomer kan avledes av de elektromagnetiske kreftene mellom atomkjernen og elektronene som bygger opp atomet. Vi sier da gjerne at kjernekreftene er en emergent oppførsel.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Elementærpartikkelfysikk

Are Raklev

Professor i fysikk, Universitetet i Oslo