Hvorfor er stærk atomkraft kun i korte afstander?

Af de fire naturlige kræfter, kendt som den stærke, svage, tyngdekraften og elektromagnetiske kræfter dominerer den velkendte stærke kraft over de tre andre og har arbejdet med at holde atomkernen sammen. Dets rækkevidde er imidlertid meget lille - om diameteren af ​​en mellemstor kerne. Forbløffende, hvis den stærke kraft arbejdede over lange afstande, ville alt i den velkendte verden - søer, bjerge og levende ting - knustes i en klump, størrelsen på en enkelt stor bygning.

Atomic Nucleus and the Stærk Force

Hvert atom i universet består af en kerne omgivet af en sky af en eller flere elektroner. Kernen indeholder igen en eller flere protoner; alle atomer sparer hydrogen har også neutroner. Den stærke kraft får protoner og neutroner til at tiltrække hinanden, så de forbliver sammen i kernen; De tiltrækker imidlertid ikke protonerne og neutronerne i nærliggende atomer, fordi den stærke kraft har lille effekt uden for kernen.

De stærke og elektromagnetiske kræfter
Protons er partikler med en positiv elektrisk ladning . Fordi ligesom ladninger afstødes, oplever protoner en afstødende kraft, når de nærmer hinanden, og kraften stiger hurtigt, når de kommer nærmere. Den elektromagnetiske kraft, der frembringer afstødningen, virker over store afstande, så medmindre en anden kraft virker på protonerne, berører de ikke hinanden. Neutroner har derimod ingen gebyr; frie neutroner bevæger sig om uhindret. Når protoner og neutroner kommer inden for omkring en milliard millimeter, tager den stærke kraft over og partiklerne holder sig sammen.

Partikel Ping Pong

Den moderne teori om de fire grundlæggende kræfter foreslår at de er et produkt af frem og tilbage udvekslinger af små partikler, meget som i et spil ping-pong. I dette spil sætter Heisenberg Uncertainty Principle reglerne - tunge partikler kan bevæge sig mellem korte afstande, mens lette partikler når lange afstande. I tilfælde af elektromagnetisme er partiklerne fotoner, som ikke har nogen masse; den elektromagnetiske kraft strækker sig til en uendelig afstand. Meget tunge partikler kaldes pioner formidle den stærke kraft, men dens rækkevidde er ekstremt kort.

Kernfusion

Gravity holder solen og andre stjerner sammen; den enorme masse af hydrogen og heliumgas frembringer gigantiske tryk i kernen, der tvinger protoner og neutroner sammen. Når de kommer tæt på, kommer den stærke kraft til spil og de holder sammen, frigiver energi i processen og omdanner hydrogen til helium. Forskere kalder dette en fusionsreaktion, og det producerer 10 millioner gange så meget energi som kemiske reaktioner som brænding af kul eller benzin.

Neutron Stjerner

En neutronstjerne er resten af ​​en eksplosion, som sker i slutningen af ​​stjernens liv. Det er et ultra-tæt objekt, der består af en stjernes masse komprimeret til et område, der er størrelsen på Manhattan. I neutronstjernen dominerer den stærke kraft, fordi eksplosionen har tvunget alle protoner og neutroner sammen. Stjernen har ingen atomer; det er blevet en stor kugle af partikler. Fordi atomer hovedsagelig er tomme rum, og neutronstjernen har hele rummet presset ud, er dens massefylde enorm. En teskefuld neutronstjernemasse vil veje 10 millioner tons. Fordi Jorden er lavet af atomer, hvis den stærke kraft på en eller anden måde pludselig handlede på lange afstande, ville alle protoner og neutroner klumpe sammen, hvilket resulterede i en kugle et par hundrede meter i diameter og med hele Jordens oprindelige masse.