Хүчтэй харилцан үйлчлэлийг хүчтэй цөмийн хүч гэж нэрлэдэг бөгөөд таталцал, цахилгаан соронзон, сул цөмийн хүчний зэрэгцээ байгалийн дөрвөн үндсэн хүчний нэг юм. Энэ хүч нь эерэг цэнэгтэй протонуудын хооронд түлхэх цахилгаан соронзон хүчийг үл харгалзан атомын цөм доторх протон ба нейтроныг нэгтгэх үүрэгтэй. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь маш богино зайд \(10^{-15}\) метрийн дарааллаар ажилладаг бөгөөд үндсэн дөрвөн хүчний хамгийн хүчтэй нь юм.
Хамгийн бага масштабтай үед хүчтэй харилцан үйлчлэл нь кваркууд, протон ба нейтроны барилгын материал (хамтдаа нуклон гэж нэрлэдэг) хооронд үйлчилдэг. Кваркууд нь глюон гэж нэрлэгддэг бөөмсөөр бэхлэгддэг бөгөөд тэдгээр нь хүчтэй хүчний зуучлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Кварк ба глюонуудын харилцан үйлчлэлийн механизмыг Квантын Хромодинамик (QCD) хэмээх онолоор тайлбарладаг.
Фотоноор дамждаг, цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд үйлчилдэг цахилгаан соронзоноос ялгаатай нь хүчтэй харилцан үйлчлэл нь кваркуудын хооронд глюон солилцох замаар тодорхойлогддог. Глюон нь "өнгөт цэнэг" гэж нэрлэгддэг цэнэгийг тээдэг тул өвөрмөц юм. Кваркууд нь улаан, ногоон, цэнхэр гэсэн гурван өнгөтэй байдаг ба глюонууд нь өнгө, эсрэг өнгөний хослолыг агуулж чаддаг. Энэхүү өнгөт цэнэг нь хүчтэй хүчний шинж чанарыг хариуцаж, атомын цөмийн тогтвортой байдлыг хангадаг.
Глюонууд нь цахилгаан соронзон дахь фотонуудын нэгэн адил бөөмс хоорондын хүчийг зуучилдаг массгүй бөөмс юм. Гэсэн хэдий ч глюонууд өөрсдөө өнгөний цэнэгийг авч явдаг тул бие биетэйгээ харьцаж чаддаг. Глюонуудын хоорондын энэхүү харилцан үйлчлэл нь хориг гэж нэрлэгддэг үзэгдэлд хүргэдэг бөгөөд кваркууд хэзээ ч бие даан оршин тогтнохгүй, харин үргэлж бүлгүүд (протон, нейтрон гэх мэт) хоорондоо холбогддог.
QCD нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог онолын хүрээ юм. Энэ нь кварк ба глюонууд өнгөт цэнэгийн солилцоогоор хэрхэн харилцан үйлчилдгийг тайлбарладаг. QCD-ийн хамгийн сонирхолтой талуудын нэг бол таталцлын болон цахилгаан соронзон хүчнээс ялгаатай нь кваркуудын хоорондох хүч нь хоорондоо хөдлөхөд багасдаггүй явдал юм. Үүний оронд хүч нь тогтмол хэвээр байх эсвэл бүр холдох тусам нэмэгдэж, нуклон доторх кваркуудыг хязгаарлахад хүргэдэг.
Математикийн хувьд хоёр кваркийн хоорондох потенциал энерги ( \(V\) ) нь дараах тэгшитгэлээр тодорхойлогддог.
\(V = -\frac{\alpha_{s}}{r} + kr\)Энд \(r\) нь кваркуудын хоорондын тусгаарлалт, \(\alpha_{s}\) нь хүчтэй холболтын тогтмол (хүчтэй хүчний хүчийг тодорхойлдог), \(k\) нь утсанд хамаарах суналтын тогтмол юм. хорих эд хөрөнгө рүү. Эхний нэр томъёо нь маш богино зайд потенциал энергийн бууралтыг илэрхийлдэг (цахилгаан соронзон дахь Кулоны хүчтэй адил), харин хоёр дахь нэр томъёо нь боломжит энергийн шугаман өсөлтийг алсын зайд илэрхийлж, хязгаарлагдмал байдлыг дүрсэлдэг.
Кваркууд байдаг ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийн гол туршилтын нотолгооны нэг нь гүн уян хатан бус тархалтын туршилтууд юм. Эдгээр туршилтуудад өндөр энергитэй электронууд нуклонуудад тархдаг бөгөөд тархалтын загвар нь нуклон дотор жижиг, цэгтэй төстэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд, тухайлбал кваркууд байдгийг нотлох баримт болдог.
Хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй холбоотой өөр нэг чухал туршилт бол кварк-глюоны плазмыг бий болгох туршилтууд юм. Том Адрон Коллайдер (LHC) дээр явагдсан гэх мэт маш өндөр энергитэй мөргөлдөөний үед Их тэсрэлтийн дараахан үүссэнтэй төстэй нөхцөл үүсч болно. Ийм нөхцөлд кварк ба глюонууд бие даасан нуклонуудын хязгаараас чөлөөтэй хөдөлж, кварк-глюоны плазм үүсгэдэг. Бодисын энэ төлөв нь эрс тэс нөхцөлд хүчтэй хүчний шинж чанарыг судлах өвөрмөц лабораторийг бүрдүүлдэг.
Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь орчлон ертөнц дэх материйн тогтвортой байдалд зайлшгүй шаардлагатай. Үүнгүйгээр атомын цөм протонуудын хоорондох цахилгаан соронзон түлхэлтийг даван туулж чадахгүй бөгөөд атомууд одоогийн хэлбэрээр оршин тогтнох боломжгүй болно. Цаашилбал, хүчирхэг хүч нь одод, тэр дундаа манай нарыг хүчирхэгжүүлэх үйл явцад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Оддод энерги ялгаруулдаг цөмийн нэгдэл нь бөөм хоорондын түлхэлтийг даван туулах хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүнд боломжтой болдог.
Бөөмийн физикийн салбарт хүчтэй харилцан үйлчлэл ба QCD-ийн судалгаа нь адрон гэж нэрлэгддэг бөөмсийн баялаг спектрийг (үүнд протон, нейтрон болон илүү чамин тоосонцор орно) нээхэд хүргэсэн. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийг ойлгох нь Их тэсрэлтийн дараахан үүссэн эрс тэс нөхцөлд материйн зан төлөвийг удирдаж байсан тул эртний ертөнцийн нууцыг тайлахад чухал ач холбогдолтой юм.
Эцэст нь хэлэхэд, хүчтэй харилцан үйлчлэл нь материйн бүтэц, тогтвортой байдал, мөн орчлон ертөнцийн динамик байдалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг байгалийн үндсэн хүч юм. Эрдэмтэд байнгын судалгаа, туршилтаар дамжуулан энэ хүчний нарийн төвөгтэй байдлыг үргэлжлүүлэн судалж, бодит байдлын талаар илүү гүнзгий ойлголтыг санал болгодог.
