Какое физическое взаимодействие определяет связь нуклонов в ядре

В природе существуют 4 вида взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Именно сильное взаимодействие осуществляет прочную связь составляющих нуклона в ядре атома.

Нуклоны и кварки

Нуклонами называют крошечные частицы, из которых состоит ядро атома. К ним относят протоны и нейтроны. Протон - ядро атома водорода, обладающее положительным зарядом. Нейтрон имеет нулевой заряд. Массы этих двух частиц приблизительно одинаковы (отличаются на 0,14%). В целом атом электрически нейтрален. Это обеспечивается отрицательным зарядом электронов, вращающихся вокруг ядра. Нуклоны участвуют в сильном взаимодействии.

До недавнего времени ученые полагали, что нуклоны - неделимые частицы. Однако эта теория потерпела крах после открытия кварковой модели ядра и проведения опытов, подтверждающих ее истинность. Согласно ей, протоны и нейтроны состоят из еще более мелких частиц - кварков.

Каждый нуклон состоит из трех кварков. Они обладают специфической характеристикой - «цветом» (не имеет никакого отношения к цвету в традиционном понимании). Этим словом принято обозначать их заряд. Именно кварки осуществляют сильное взаимодействие, обмениваясь между собой особыми квантами - глюонами (переводится как «клей»). Связь между протонами и нейтронами в ядре образуется при помощи остаточного сильного взаимодействия, называемого ядерным. Оно не входит в число фундаментальных.

Сильное взаимодействие

Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Оно осуществляется только на расстояниях порядка фемтометра. Сильное взаимодействие в тысячи раз мощнее электромагнитного. Его иногда в шутку называют рыцарем с короткими руками.

Кварки не встречаются в свободном состоянии и так сильно связаны между собой, что их нельзя разделить. По крайней мере современная наука не имеет понятия, как это можно осуществить. Феномен сильного взаимодействия состоит в том, что при увеличении расстояния между кварками, сила взаимодействия между ними возрастает в несколько раз. Наоборот, при сближении сила взаимодействия значительно ослабевает. В отличие от сильного, сила ядерного взаимодействия резко убывает с увеличением расстояния между нуклонами.

Изучением кваркового взаимодействия занимается квантовая хромодинамика. Она изучает свойства глюонного поля, а также характеристики кварков (странность, очарование, цвет и другие). В стандартной модели только кварки и глюоны способны осуществлять сильное взаимодействие. В гравитационной теории оно допускается и для лептонов.