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Physique des forces fortes

Physique des forces fortes
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Anonim

Force forte, interaction fondamentale de la nature qui agit entre les particules subatomiques de matière. La force puissante lie les quarks en grappes pour créer des particules subatomiques plus familières, comme les protons et les neutrons. Il contient également le noyau atomique et sous-tend les interactions entre toutes les particules contenant des quarks.

particule subatomique: la force forte

Bien que la force forte qui porte bien son nom soit la plus forte de toutes les interactions fondamentales, elle est, comme la force faible, à courte portée et

La force forte provient d'une propriété connue sous le nom de couleur. Cette propriété, qui n'a aucun lien avec la couleur au sens visuel du terme, est quelque peu analogue à la charge électrique. Tout comme la charge électrique est la source de l'électromagnétisme, ou la force électromagnétique, la couleur est la source de la force forte. Les particules sans couleur, comme les électrons et autres leptons, ne «sentent» pas la force forte; les particules colorées, principalement les quarks, «sentent» la force forte. La chromodynamique quantique, la théorie du champ quantique décrivant les interactions fortes, tire son nom de cette propriété centrale de la couleur.

Les protons et les neutrons sont des exemples de baryons, une classe de particules qui contiennent trois quarks, chacun avec l'une des trois valeurs possibles de couleur (rouge, bleu et vert). Les quarks peuvent également se combiner avec des antiquarks (leurs antiparticules, qui ont une couleur opposée) pour former des mésons, tels que les mésons pi et les mésons K. Les baryons et les mésons ont tous une couleur nette de zéro, et il semble que la force forte ne permette que des combinaisons de couleur nulle. Les tentatives d'éliminer des quarks individuels, dans des collisions de particules à haute énergie, par exemple, n'aboutissent qu'à la création de nouvelles particules «incolores», principalement des mésons.

Dans les interactions fortes, les quarks échangent des gluons, porteurs de la force forte. Les gluons, comme les photons (les particules messagères de la force électromagnétique), sont des particules sans masse avec une unité entière de spin intrinsèque. Cependant, contrairement aux photons, qui ne sont pas chargés électriquement et ne ressentent donc pas la force électromagnétique, les gluons sont porteurs de couleur, ce qui signifie qu'ils ressentent la force forte et peuvent interagir entre eux. Un résultat de cette différence est que, dans sa courte portée (environ 10 à 15 mètres, à peu près le diamètre d'un proton ou d'un neutron), la force forte semble devenir plus forte avec la distance, contrairement aux autres forces.

À mesure que la distance entre deux quarks augmente, la force entre eux augmente plutôt comme la tension dans un morceau d'élastique lorsque ses deux extrémités sont écartées. Finalement, l'élastique se cassera, donnant deux pièces. Quelque chose de similaire se produit avec les quarks, car avec une énergie suffisante, ce n'est pas un quark mais une paire quark-antiquark qui est «tirée» d'un cluster. Ainsi, les quarks semblent toujours être enfermés à l'intérieur des mésons et baryons observables, un phénomène connu sous le nom de confinement. À des distances comparables au diamètre d'un proton, la forte interaction entre les quarks est environ 100 fois supérieure à l'interaction électromagnétique. À de plus petites distances, cependant, la force forte entre les quarks s'affaiblit et les quarks commencent à se comporter comme des particules indépendantes, un effet connu sous le nom de liberté asymptotique.