Güclü nüvə qüvvəsi kimi də tanınan güclü qarşılıqlı təsir cazibə qüvvəsi, elektromaqnetizm və zəif nüvə qüvvəsi ilə yanaşı təbiətin dörd əsas qüvvəsindən biridir. Bu qüvvə müsbət yüklü protonlar arasında itələyici elektromaqnit qüvvəsinə baxmayaraq, atomun nüvəsindəki proton və neytronları bir yerdə saxlamaqdan məsuldur. Güclü qarşılıqlı təsir çox qısa məsafələrdə, \(10^{-15}\) metr səviyyəsində işləyir və dörd əsas qüvvədən ən güclüsüdür.
Ən kiçik miqyasda güclü qarşılıqlı təsir kvarklar, protonların və neytronların tikinti blokları (birlikdə nuklonlar kimi tanınır) arasında hərəkət edir. Kvarklar güclü qüvvənin vasitəçiləri kimi çıxış edən qluon adlanan hissəciklər tərəfindən bir yerdə saxlanılır. Kvarkların və qluonların qarşılıqlı təsir mexanizmi Kvant Xromodinamikası (QCD) adlı nəzəriyyə ilə təsvir edilir.
Fotonların vasitəçilik etdiyi və yüklü hissəciklər arasında fəaliyyət göstərən elektromaqnetizmdən fərqli olaraq, güclü qarşılıqlı təsir kvarklar arasında qlüonların mübadiləsi ilə xarakterizə olunur. Qluonlar unikaldır, çünki onlar "rəng yükü" kimi tanınan bir yük növü daşıyırlar. Kvarklar üç rəngdə olur: qırmızı, yaşıl və mavi, gluonlar isə rəng və anti-rəng birləşməsini daşıya bilər. Bu rəng yükü atom nüvəsinin sabitliyini təmin edən güclü qüvvənin xüsusiyyətlərindən məsuldur.
Qluonlar, elektromaqnetizmdəki fotonlar kimi, hissəciklər arasında qüvvəyə vasitəçilik edən kütləsiz hissəciklərdir. Bununla belə, qluonların özləri rəng yükünü daşıyırlar və buna görə də bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə ola bilərlər. Qluonlar arasındakı bu qarşılıqlı əlaqə, kvarkların heç vaxt müstəqil mövcud olmamasını, lakin həmişə qruplar (məsələn, protonlar və neytronlar kimi) bir-birinə bağlı olmasını təmin edərək, həbs kimi tanınan bir fenomenə gətirib çıxarır.
QCD güclü qarşılıqlı əlaqəni təsvir edən nəzəri çərçivədir. Bu, kvarkların və qluonların rəng yüklərinin mübadiləsi ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu izah edir. QCD-nin ən maraqlı tərəflərindən biri, cazibə və ya elektromaqnit qüvvələrindən fərqli olaraq, kvarklar arasındakı qüvvənin bir-birindən uzaqlaşdıqca azalmamasıdır. Bunun əvəzinə, qüvvə sabit qalır və ya hətta məsafə artdıqca artır, bu da kvarkların nuklonların içərisində qapanmasına səbəb olur.
Riyazi olaraq iki kvark arasındakı potensial enerji ( \(V\) ) tənliklə təsvir olunur:
\(V = -\frac{\alpha_{s}}{r} + kr\)burada \(r\) kvarklar arasındakı ayrılıqdır, \(\alpha_{s}\) güclü birləşmə sabitidir (güclü qüvvənin gücünü təyin edir) və \(k\) simin gərginlik sabitidir. həbs əmlakına. Birinci termin çox qısa məsafələrdə potensial enerjinin azalmasını (elektromaqnetizmdəki Kulon qüvvəsinin analoqu), ikinci termin isə məsafə ilə potensial enerjinin xətti artımını əks etdirir və bu, məhdudluğu göstərir.
Kvarkların mövcudluğunun və güclü qarşılıqlı təsirin əsas eksperimental sübutlarından biri dərin qeyri-elastik səpilmə təcrübələrindən əldə edilmişdir. Bu təcrübələrdə yüksək enerjili elektronlar nuklonlara səpələnir və səpilmə nümunələri nuklonların içərisində daha kiçik, nöqtəyə bənzər tərkib hissələrinin, yəni kvarkların mövcudluğuna dəlil verir.
Güclü qarşılıqlı təsirlə bağlı digər mühüm təcrübələr toplusu kvark-qluon plazmasının yaradılması ilə bağlı təcrübələrdir. Böyük Adron Kollayderində (LHC) baş verənlər kimi çox yüksək enerjili toqquşmalarda, Böyük Partlayışdan dərhal sonra olanlara bənzər şərait yaradıla bilər. Bu şəraitdə kvarklar və qlüonlar ayrı-ayrı nuklonların hüdudlarından kənara sərbəst hərəkət edərək kvark-qluon plazmasını əmələ gətirirlər. Maddənin bu vəziyyəti ekstremal şəraitdə güclü qüvvənin xüsusiyyətlərini öyrənmək üçün unikal laboratoriya təmin edir.
Güclü qarşılıqlı əlaqə kainatdakı maddənin sabitliyi üçün vacibdir. Onsuz, atom nüvəsi protonlar arasındakı elektromaqnit itkisinə qalib gələ bilməz və atomlar indiki formada mövcud ola bilməzdi. Bundan əlavə, güclü qüvvə ulduzların, o cümlədən günəşimizin güclənməsi proseslərində həlledici rol oynayır. Ulduzlarda enerji buraxan proses olan nüvə sintezi nüvələr arasındakı itələməni aradan qaldıran güclü qarşılıqlı təsir nəticəsində mümkün olur.
Hissəciklər fizikası sahəsində güclü qarşılıqlı təsirin və QCD-nin tədqiqi adronlar kimi tanınan hissəciklərin zəngin spektrinin (bura protonlar, neytronlar və daha çox ekzotik hissəciklər daxildir) kəşfinə gətirib çıxardı. Güclü qarşılıqlı əlaqəni anlamaq həm də ilk kainatın sirlərini açmaq üçün açardır, çünki o, Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra mövcud olan ekstremal şəraitdə maddənin davranışını idarə edirdi.
Nəticə olaraq, güclü qarşılıqlı təsir maddənin quruluşunda və sabitliyində, eləcə də kainatın dinamikasında həlledici rol oynayan təbiətin əsas qüvvəsidir. Davam edən tədqiqatlar və təcrübələr vasitəsilə elm adamları bu qüvvənin mürəkkəbliklərini tədqiq etməyə davam edir və reallığın quruluşu haqqında daha dərin fikirlər təklif edirlər.
