強相互作用

強相互作用（strong interaction）是自然界四種基本相互作用中最強的一種。最早研究的強相互作用是核子（質子或中子）之間的核力，它是使核子結合成原子核的相互作用。自1947年發現與核子作用的π介子以後，實驗中陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子，這些粒子統稱為強子。

基本介紹

• 中文名：強相互作用
• 外文名：strong interaction
• 提出者：格羅斯
• 提出時間：1973年
• 套用學科：物理學
• 適用領域範圍：量子色動力學

特點

強相互作用與其他相互作用相比有如下一些特點：①強度大。電磁相互作用的強度可用一個稱為精細結構常數的量 e²/4πћc≈1/137 來表示，這裡e是電子的電荷，2πћ=h是普朗克常數，c是光速。如果強相互作用也用一個與電荷e對應的量g來描述，則g²/(4πћс) 約為1—10。強相互作用比電磁相互作用強10²—10³倍。②強相互作用不像引力和電磁作用那樣是長程力而是短程力。但力程比弱相互作用的力程長，約為10^－13厘米，約等於原子核中核子間的距離。③比其他三種基本作用有更大的對稱性。即在強相互作用中有更多的守恆定律（見對稱性和守恆律）。除實驗中還沒有發現破壞的能量、動量、角動量、電荷、重子數和輕子數守恆外，強作用還有在弱作用或電磁作用中被破壞的宇稱、C宇稱、同位旋、奇異數守恆及粲數和底數守恆。此外，強作用還有一些近似的對稱性，如SU(3)味對稱和手征對稱性。④20世紀70年代以來，在深度非彈性散射等一系列高能量實驗中發現一些新現象，藉助於理論分析，可解釋為強作用在短距離（小於10^－14厘米）處隨距離減小而變弱。

強相互作用力

理論詮釋

對強相互作用本質的了解一直是物理學中的困難問題。曾經提出過許多處理強作用的理論和方法，但取得的成就都很有限。原因之一是理論中沒有小參量，找不到可靠的近似方法。由強子的夸克模型和規範場的概念出發提出了量子色動力學，這個理論中強作用是組成強子的夸克之間通過一些稱為膠子的規範粒子場傳遞的作用。這個理論有在小距離處作用變弱的性質，稱為漸近自由，已為實驗證實，取得了成功，被認為是強作用基本理論。

解釋強相互作用的規範理論是量子色動力學，由組成強作用粒子（強子）的相互作用統一地描述強子結構和強子之間作用。

按照夸克模型，與量子電動力學中傳遞電磁作用的光子相對應，這裡有自旋為1的規範粒子（膠子），可被誇克所吸收或發射，並傳遞夸克之間的色作用力。這種力把夸克束縛在強子中，是兩個強子之間的通常的強作用力的來源。

研究表明，規範場的自作用能夠產生相反的效果，使得在真空中的色荷吸引真空中產生的規範粒子，在其周圍聚集相同的色荷，造成反禁止的效應。這種情況下量子色動力學有漸近自由的性質，即隨著時空距離的變小相互作用變弱。按照不確定度關係，小的時空距離相應於大的能量動量。

量子色動力學中夸克的質量不大，膠子的質量為零，它們應當很容易產生，因此必須解釋為什麼沒有在實驗中觀察到這些粒子。構想夸克和膠子是由於規範場相互作用的動力學原因而被禁閉在強子半徑10^－13厘米的範圍內的，這個圖像給出色禁閉，色禁閉在量子色動力學中是成立的。

實驗新發現

1967年初，美國史丹福大學20GeV的電子直線加速器建成，隨著能量增大，實現了高能電子的“深度非彈性散射”，出現了新現象。由於質子的直徑約為10^－13厘米，高能電子可探測到質子內部。實驗發現，質子內有無數點電荷，且基本上是自由運動的。

實質

強相互作用力是作用於強子之間的力，是所知四種宇宙間基本作用力（強相互作用力、弱相互作用力、電磁相互作用力、引力相互作用力）最強的，其作用範圍在10^-15m範圍內。強相互作用克服了電磁力產生的強大排斥力，把質子和中子緊緊粘合為原子核。

強相互作用力比其它三種基本作用有更大的對稱性。對強相互作用力本質的了解是物理學的難題。人們用強子的夸克模型和規範場的概念提出量子色動力學，

在這個理論中，強相互作用力是組成強子的夸克之間通過一些稱為膠子的規範粒子場傳遞作用。它被認為是有希望的強相互作用力基本理論。