Temel kuvvet
Temel etkileşimlere genel bakış > Güçlü Etkileşim

Ana madde: Güçlü etkileşim
Güçlü etkileşim veya güçlü nükleer kuvvet, esas olarak mesafeye göre değişme şekli nedeniyle en karmaşık etkileşimdir. Nükleer kuvvet, yaklaşık 1 femtometre (fm veya 10−15 metre) mesafelerde nükleonlar arasında güçlü bir şekilde çekicidir, ancak yaklaşık 2.5 fm'nin ötesindeki mesafelerde hızla önemsiz hale gelir. 0,7 fm'den daha az mesafelerde nükleer kuvvet itici hale gelir. Bu itici bileşen, çekirdeklerin fiziksel boyutundan sorumludur, çünkü nükleonlar kuvvetin izin verdiğinden daha yakına gelemezler.
1908'de çekirdek keşfedildikten sonra, pozitif yüklü protonların elektromanyetizmanın bir tezahürü olan elektrostatik itmenin üstesinden gelmek için bugün nükleer kuvvet olarak bilinen yeni bir kuvvete ihtiyaç duyulduğu açıktı. Aksi takdirde, çekirdek var olamazdı. Ayrıca, kuvvetin, protonları çapı yaklaşık 10–15 m olan ve tüm atomunkinden çok daha küçük olan bir hacme sıkıştıracak kadar güçlü olması gerekiyordu. Bu kuvvetin kısa menzilinden Hideki Yukawa, kütlesi yaklaşık 100 MeV olan büyük bir kuvvet parçacığı ile ilişkili olduğunu tahmin etti.
Çekirdek 1908 yılında keşfedildi sonra, yeni bir güç pozitif yüklü protonlar elektrostatik itme, elektromanyetizma bir tezahürü, üstesinden gelmek için gerekli olduğunu açıktı. Ayrıca, kuvvetin, protonları çapı yaklaşık 10−15m olan ve tüm atomunkinden çok daha küçük olan bir hacme sıkıştıracak kadar güçlü olması gerekiyordu. Bu kuvvetin kısa mesafeden, Hideki Yukava kimin kitle yaklaşık 100 MeV olan büyük bir parçacık ile ilişkili olduğunu öngördü.
1947'de Pion'un keşfi, modern parçacık fiziği çağını başlattı. 1940'lardan 1960'lara kadar yüzlerce hadron keşfedildi ve kuvvetle etkileşen parçacıklar olarak son derece karmaşık bir hadron kuramı geliştirildi. En önemlisi:
Parçacık fiziğinin modern çağın başlattı pion 1947 keşif. Hadronların Yüzlerce 1960 1940'lardan keşfedildi ve hadronların son derece karmaşık bir kuram olarak güçlü etkileşim parçacıkların geliştirilmiştir. Özellikle:
Pionların, vakum kapanlarının salınımları olduğu anlaşıldı
Jun John Sakurai, rho ve omega vektör bozonlarının yaklaşık izospin ve hiper yük simetrileri için kuvvet taşıyan parçacıklar olmasını önerdi
Geoffrey Chew, Edward K. Burdett ve Steven Frautschi, daha ağır hadronları, sicimlerin titreşimsel ve dönül uyarılmaları olarak anlaşılabilecek ailelere ayırdılar
Bu sezgisel yaklaşımların, hiçbiri doğrudan temel bir kurama yol açmadı.
Murray Gell-Mann, George Zweig ile birlikte ilk olarak 1961'de kesirli olarak yüklü kuarklar önerdi. 1960'lar boyunca, farklı yazarlar, modern temel kuantum renk dinamiği kuramına benzer kuramları, kuarkların etkileşimleri için basit modeller olarak gördüler. Kuantum renk dinamiğinin gluonlarını ilk hipotezleyenler, kuark renk yükünü ortaya çıkaran Moo-Young Han ve Yoichiro Nambu idi. Han ve Nambu, bunun kuvvet taşıyan bir alanla ilişkili olabileceğini varsaydılar. Ancak o zaman, böyle bir modelin kuarkları kalıcı olarak nasıl sınırlayabildiğini görmek zordu. Han ve Nambu ayrıca her kuark rengine bir tam sayı elektrik yükü atadı, böylece kuarklar yalnızca ortalama olarak kesirli yüklendi ve modellerindeki kuarkların kalıcı olarak sınırlandırılmasını beklemiyorlardı.
1971'de Murray Gell-Mann ve Harald Fritzsch, Han/Nambu renk ayar alanının kesirli yüklü kuarkların kısa mesafeli etkileşimlerinin doğru kuramı olduğunu öne sürdüler. Kısa bir süre sonra, David Gross, Frank Wilczek ve David Politzer, bu kuramın asimptotik özgürlük özelliğine sahip olduğunu ve deneysel kanıtlarla bağlantı kurmalarına izin verdiğini keşfettiler. Kuantum renk dinamiğinin, tüm mesafe ölçeklerinde doğru olan güçlü etkileşimlerin eksiksiz bir kuramı olduğu sonucuna vardılar. Asimptotik özgürlüğün keşfi, çoğu fizikçiyi kuantum renk dinamiklerini kabul etmeye yöneltti, çünkü kuarklar kalıcı olarak sınırlandırılmışsa, güçlü etkileşimlerin uzun mesafeli özelliklerinin bile deneyle tutarlı olabileceği netleşti: güçlü kuvvet mesafe ile süresiz olarak artar ve kuarkları hadronların içinde hapseder.
Kuarkların sınırlı olduğu varsayılırsa, Mikhail Shifman, Arkady Vainshtein ve Valentine Zakharov, vakumu tanımlamak için sadece birkaç ekstra parametreyle, birçok düşük seviyeli hadronların özelliklerini doğrudan kuantum renk dinamiklerinden hesaplayabildiler.
1980'de Kenneth G. Wilson, kuantum renk dinamiğinin kuarkları sınırlayacağını kesinliğe eşdeğer bir güven düzeyine koyarak, kuantum renk dinamiğinin ilk ilkelerine dayanan bilgisayar hesaplamalarını yayınladı. O zamandan beri, kuantum renk dinamiği, güçlü etkileşimlerin yerleşik kuramı olmuştur.
Kuantum renk dinamiği, gluon adı verilen 8 bozonik parçacık aracılığıyla etkileşen kesirli yüklü kuarkların bir kuramıdır. Gluonlar, sadece kuarklarla değil, birbirleriyle de etkileşirler ve uzun mesafelerde kuvvet çizgileri, lineer bir potansiyel, sabit bir çekici kuvvet tarafından gevşek bir şekilde modellenen sicimler halinde toplanır. Bu şekilde, kuantum renk dinamiğinin matematiksel kuramı, kuarkların yalnızca kısa mesafelerde nasıl etkileştiğini değil, aynı zamanda Chew ve Frautschi tarafından keşfedilen ve daha uzun mesafelerde gösterdikleri sicim benzeri davranışı da açıklar.