Kas ir spēcīgie kodolspēki?

Spēcīgs kodolspēks ir tas, kas tiek atbrīvots kodolreakciju laikā, piemēram, Saulē, atomelektrostacijās un kodolbumbās. Spēcīgo spēku raksturo kvantu hromodinamikas likumi, kas ir daļa no daļiņu fizikas standarta modeļa, kas tika izstrādāts pagājušā gadsimta 1970. gados. 2004. gada Nobela prēmija fizikā tika piešķirta Deividam Policeram, Frankam Vilčekam un Deividam Grosam.

Spēcīgais spēks faktiski nenotiek tieši starp protoniem un neitroniem kodolā, bet gan mazākajos kvarkos, kas tos veido. Spēku nodrošina pamatdaļiņas, ko sauc par gluoniem, kas nosaukti par to, kā tie salīmē kvarkus. Katrs protons vai neitrons sastāv no trim kvarkiem. Starpnukleonu spēks, kas satur kodolu kopā, ir pazīstams kā kodolspēks vai atlikušais spēcīgais spēks, jo tas ir tikai otrās kārtas efekts patiesajam spēcīgajam spēkam, kas satur kopā to veidojošos kvarkus.

Spēcīgajam spēkam ir īpašība, ko sauc par asimptotisko brīvību, kas nozīmē, ka, kvarkiem tuvojoties vienam, spēka stiprums samazinās, asimptotiski tuvojoties nullei. Un otrādi, kvarkiem attālinoties viens no otra, spēks kļūst stiprāks. Nespēja atrast brīvos kvarkus ir uzskatīts par to, ka neviena parādība Visumā, izņemot, iespējams, melnos caurumus, nespēj atdalīt kvarkus vienu no otra.

Spēcīgā spēka teorijas radās novērojumos 1950. gados, kad burbuļu kamerās tika novērotas dažādas fundamentālas daļiņas, ko sauc par “daļiņu zoodārzu”. Šis daļiņu spektrs prasīja paskaidrojumus par to īpašībām, pamatojoties uz elegantu teoriju par to pamatā esošajām sastāvdaļām. Piegādāta kvantu elektrodinamikas (QED) teorija, kas nodrošina visprecīzāko zināmo kvantitatīvo zinātnisko teoriju. Tomēr ir labi zināms fakts, ka QED nav pilnīgs, jo tas nav savienojams ar pašreizējo labāko gravitācijas teoriju, vispārējo relativitāti. Fiziķi turpina meklēt QED un vispārējās relativitātes teorijas matemātisko apvienojumu.

Pastāv hipotēze, ka var pastāvēt kvarku zvaigznes, ārkārtīgi augsta blīvuma neitronu zvaigžņu varianti ar tādu gravitācijas spiedienu, ka atsevišķus neitronus nevar atšķirt, un visi kvarki ir saplūduši kopā kaut kas līdzīgs vienam gigantiskam neitronam, ko kopā satur tikai spēcīgais spēks un smagums. Tomēr kvarku zvaigžņu esamība vēl nav galīgi apstiprināta.