强相互作用

自然界四种基本相互作用中最强的一种

强相互作用（strong interaction）是自然界四种基本相互作用中最强的一种。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验中陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。

特点

强相互作用与其他相互作用相比有如下一些特点：①强度大。电磁相互作用的强度可用一个称为精细结构常数的量α=e^2/(4πε_0cħ)=1/137,来表示，这里e是电子的电荷，2πћ=h是普朗克常数，c是光速。如果强相互作用也用一个与电荷e对应的量g来描述，则g2/(4πћс) 约为1—10。强相互作用比电磁相互作用强102—103倍。②强相互作用不像引力和电磁作用那样是长程力而是短程力。但力程比弱相互作用的力程长，约为10－13厘米，约等于原子核中核子间的距离。③比其他三种基本作用有更大的对称性。即在强相互作用中有更多的守恒定律（见对称性和守恒律）。除实验中还没有发现破坏的能量、动量、角动量、电荷、重子数和轻子数守恒外，强作用还有在弱作用或电磁作用中被破坏的宇称、C宇称、同位旋、奇异数守恒及粲数和底数守恒。此外，强作用还有一些近似的对称性，如SU(3)味对称和手征对称性。④20世纪70年代以来，在深度非弹性散射等一系列高能量实验中发现一些新现象，借助于理论分析，可解释为强作用在短距离（小于10－14厘米）处随距离减小而变弱。

理论诠释

对强相互作用本质的了解一直是物理学中的困难问题。曾经提出过许多处理强作用的理论和方法，但取得的成就都很有限。原因之一是理论中没有小参量，找不到可靠的近似方法。由强子的夸克模型和规范场的概念出发提出了量子色动力学，这个理论中强作用是组成强子的夸克之间通过一些称为胶子的规范粒子场传递的作用。这个理论有在小距离处作用变弱的性质，称为渐近自由，已为实验证实，取得了成功，被认为是强作用基本理论。

解释强相互作用的规范理论是量子色动力学，由组成强作用粒子（强子）的相互作用统一地描述强子结构和强子之间作用。

按照夸克模型，与量子电动力学中传递电磁作用的光子相对应，这里有自旋为1的规范粒子（胶子），可被夸克所吸收或发射，并传递夸克之间的色作用力。这种力把夸克束缚在强子中，是两个强子之间的通常的强作用力的来源。

研究表明，规范场的自作用能够产生相反的效果，使得在真空中的色荷吸引真空中产生的规范粒子，在其周围聚集相同的色荷，造成反屏蔽的效应。这种情况下量子色动力学有渐近自由的性质，即随着时空距离的变小相互作用变弱。按照不确定度关系，小的时空距离相应于大的能量动量。

量子色动力学中夸克的质量不大，胶子的质量为零，它们应当很容易产生，因此必须解释为什么没有在实验中观察到这些粒子。设想夸克和胶子是由于规范场相互作用的动力学原因而被禁闭在强子半径10－13厘米的范围内的，这个图像给出色禁闭，色禁闭在量子色动力学中是成立的。

实验新发现

1967年初，美国斯坦福大学20GeV的电子直线加速器建成，随着能量增大，实现了高能电子的“深度非弹性散射”，出现了新现象。由于质子的直径约为10－13厘米，高能电子可探测到质子内部。实验发现，质子内有无数点电荷，且基本上是自由运动的。

实质

强相互作用力是作用于强子之间的力，是所知四种宇宙间基本作用力（强相互作用力、弱相互作用力、电磁相互作用力、引力相互作用力）最强的，其作用范围在10-15m范围内。强相互作用克服了电磁力产生的强大排斥力，把质子和中子紧紧粘合为原子核。

强相互作用力比其它三种基本作用有更大的对称性。对强相互作用力本质的了解是物理学的难题。人们用强子的夸克模型和规范场的概念提出量子色动力学，

在这个理论中，强相互作用力是组成强子的夸克之间通过一些称为胶子的规范粒子场传递作用。它被认为是有希望的强相互作用力基本理论。

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