Vahva vuorovaikutus
Wikipedia
Vahva vuorovaikutus (Värivoima, Vahva voima, Vahva ydinvoima, Ydinvoima) on vahvin neljästä hiukkasfysiikan standardimallin perusvuorovaikutuksesta. Se sitoo kvarkit hadroneiksi. Vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen on gluoni.
Vahvaa vuorovaikutusta kuvaava kvanttikenttäteoria on kvanttiväridynamiikka (QCD). Se on analoginen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kvanttikenttäteorian (kvanttisähködynamiikka, QED) kanssa siten, että sähkövarausta vastaa värivaraus ja fotonia gluoni. Gluoneilla on kuitenkin itselläänkin värivaraus, kun taas fotoneilla ei ole sähkövarausta.
Atomin ytimessä protonien välillä on hyvin voimakas sähköinen poistovoima ja nukleonit ovat nopeassa liikkeessä. Silti ydin pysyy koossa. Protoneja sitoo toisiinsa vahva vuorovaikutus (värivoima). Se aiheuttaa vetovoiman myös neutronien välille samoin kuin neutronin ja protonin välille. Myös sähkömagneettisuus vaikuttaa, mutta vahva vuorovaikutus on paljon vahvempi ja siten hallitseva.
Kvarkeilla on värejä (ei oikeita, kuviteltuja): Kolme väriä ja kolme niitä vastaavaa antiväriä. Eri väriset kvarkit vetävät toisiaan puoleensa (värivoima), kuten eri sähkövaraukset omaavat hiukkaset vetävät toisiaan. Värivoima ulottuu myös hadronien ulkopuolelle ja tämä saa ytimen pysymään koossa (ydinvoima). Gluoni välittää värivoiman nukleonien kesken samoin kuin kvarkkien välisen vuorovaikutuksen. Kvarkkien värit koostuvat gluonien eri väreistä, gluonit voivat siirtyä kvarkista toiseen. Tällä tavalla kvarkki voi vaihtaa väriään. Kokonaisuutena hadronit ovat aina värittömiä: baryonissa on aina jokaista väriä, jolloin ne kumoavat toisensa, mesonissa ja myös gluonissa väri ja antiväri.
Vahvassa vuorovaikutuksessa voiman luonne riippuu etäisyydestä. Jos etäisyys on 0,4-2 fm, vallitsee vahva vetovoima. Jos taas etäisyys on alle 0,4 fm, vallitsee vahva hylkivä voima, joten ytimessä olevat nukleonit eivät kosketa toisiaan. Kun nukleonien etäisyys on suurempi kuin 2 fm niin vuorovaikutus heikkenee nopeasti. Vaikutusta voi verrata jouseen. Mitä kauemmaksi jousen vedät, sitä enemmän jousi panee vastaan, mutta sekin kuitenkin katkeaa joskus. Jos taas puristat jousta kasaan, se työntää takaisin. Sama pätee hadroneihin. Jos yrität hajottaa mesonia kvarkiksi ja antikvarkiksi syntyy uusi mesoni. Baryonien hajotessa syntyy taas uusia hiukkasia. Esimerkiksi neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi (neutronin beta-hajoaminen).
Nukleonin halkaisija on noin 1 fm (10-15 m), ytimen noin 10 fm. Siksi ytimen vastakkaisilla puolilla olevien nukleonien välille ei synny vahvaa vuorovaikutusta. Nukleonit ovat tekemisissä vahvan vuorovaikutuksen välityksellä vain lähimpien naapurinukleoniensa kanssa. Tämä on yksi syy siihen, että raskaiden ytimien rakenne on löyhempi kuin keskiraskaiden.
