Den+sterke+kjernekrafta

**Den sterke kjernekrafta**
Lurer du på kva det er som held atomkjernen saman? Då må du lese denne sida!

Oppdaginga av sterk kjernekraft byrja i 1935. Den japanske fysikaren Hideki Yukawa gjorde dei første forsøka på å forklara eigenskapane til krafta som bind atomkjernen saman. Han føreslo at ein type mesoner formidla krafta som var mellom nukleona. Dersom det berre hadde vore elektromagnetisme som verka i atomkjernen, ville protonane avstøytta kvarandre, og kjernen ville ha kollapsa. Ei anna naturkraft, gravitasjonskrafta, spelar **inga** rolle i atomet eller atomkjernen.
 * __Historie__**

Ein atomkjerne består av protonar og nøytronar som er tett samanpakka. Når nøytrona ikkjer er elektrisk ladde og dei positiv ladde protona fråstøytar kvarandre, kvifor kollapsar ikkje kjernen då?
 * __Oppbygginga til kjernen, og krefter som påverkar den__**

Kvarkar er eit element i denne krafta. Kvarkane byggjar opp protona og nøytrona i kjernen. I tillegg til elektrisk ladning, har kvarkane også ei anna ladning som vert kalla **fargeladning**. Krafta mellom partiklar som har fargeladning er svært sterk, noko som resulterar i namnet //sterk kjernekraft.// Den sterke kjernekrafta er den krafta som held atomkjernen saman. Sjølv om denne krafta er svært sterk, den sterkaste av dei fire naturkreftene, har ho likevel kort rekkjevidde, høgst ca. 10^(-15) m. Dess lengre avstanden er mellom to [|kvarkar], så lenge dei er innafor rekkjevidda, dess sterkare er krafta. Nokre stadar vil styrken vera 100 millionar gongar sterkare enn tilsvarande elektromagnetisk stråling.

Det denne krafta gjer, er å binda kvarkane saman til **[|hadronar]**. Dei kraftberande partiklane som er tilhøyrande vert kalla gluonar ("limpartiklar"), grunna dei "limar" kvarkane saman.

Fargeladning oppførar seg ikkje som elektrisk ladning. Gluona mellom kvarkane har sjølv fargeladnnig. Sidan dette er ei sterk kraft, kvifor merkar me då ikkje noko til den i dagleglivet? Partiklar som er samansett av kvarkar har ingen netto fargeladning, det vil seie at dei er **fargenøytrale**. Difor vil desse kreftene berre verke mellom kvarkar (til dømes inni protonar og nøytronar) og dei studerar ikkje me i kvardagen.

__**Korleis verkar fargeladning, og har det noko med vanlege fargar å gjere?**__ Som sagt så har kvarkar og gluonar fargeladning. Elektrisk ladde partiklar verkar på kvarandre med elektromagnetisk kraft ved å senda foton til kvarandre. Slik verkar også partiklar med fargeladning, __men__ dei sender ikkje fotonar, men //gluonar.// Dette vil seie: når to kvarkar då er i nærleiken av kvarandre, **utvekslar dei gluonar.** Det vert då skapt eit sterk **fargekraft-felt** som gjer at kvarkane bindar seg saman. Dess lenger vekk kvarkane kjem frå kvarandre, dess sterkare vert dette kraftfeltet. **Fargeladninga** til kvarkane vert forandra heile tida når dei utvekslar gluonar med andre kvarkar.

Som biletet visar fins det tre fargeladningar, og tre tilsvarande antifargeladningar. Kvar kvark har ein av dei tre fargeladningane, og kvar antikvark ein av dei tre antifargeladningane. Når ein blandar rødt, grønt og blått lys vil ein få kvitt lys (nøytralt). På same måten vil ein kombinasjon av "rød", "grønn" og "blå" fargeladning i eit baryn vera fargenøytral. (Nyttar hermeteikn, grunna dette ikkje er verkelege fargar, men berre eit namneskjema for eit matematisk system som gjer det lettare å forklare korleis kvarkar byggjar opp hadronar). Tilsvarande kombinasjon, men med anti føre alle tre, vil verta eit fargenøytralt antibaryon. Døme på detter er //mesoner.// Dei består av kombinasjonar av typen "rød"-"antirød".

Alt dette gjer at gluonane har både farge og antifarge. Med dette forstår ein lettare kvifor kvarkane stadig skiftar fargeladning når dei anten sendar ut eller mottar gluonar. Døme: Ein kvark med fargeladning "blå" mottar eit gluon med "antiblå" og "grønn" fargeladning. Blå-"fargane" opphevar då kvarandre og gjer at kvarken endar opp med "grønn" fargeladning.

Ein skulle tru at sidan det finst ni ulike "farge"-"antifarge"- kombinasjonar finst det ni forskjellige gluonar (sidan desse er ulika samansetjingar av "farge"-"antifarge"), men slik er det ikkje, det er berre åtte ulike gluonar. Dette har ein enno ikkje klart å laga ei enkel forklaring på, så det får bli med at slik er matematikken!

Partiklar som har fargeladning opptrer alltid saman i fargenøytrale grupper, hadronar, med andre kvarkar. Når ein arbeidde med å utvikla teorien til Standardmodellen, vart det tatt hensyn til det fysikarane hadde funne ut om korleis kvarkane opptrer. Kvarkane set seg ikkje saman til system som består av fire kvarkar. Tre kvarkar i lag vert til baryonar, medan mesonar består av ein kvark og ein antikvark. Begge desse er fargenøytrale.

__**Fargekraft-feltet**__ Som tidlegare nemnt utvekslar kvarkane som er inne i eit hadron, gluonar. Dersom ein kvark inne i eit hadron vert skjøve vekk frå naboane, fører dette til at fargekraft-feltet vert meir strukke ut, og avstanden mellom kvarken og nabokvarkane hans vert større. Dette kan ein samanlikna med ein gummistrikk som ein strekker. Når dette skjer vert meir energi lagra i feltet. Ved ein viss avstand er det meir energigunstig for fargekraft-feltet å danna eit nytt kvark-antikvark-par. Dette samsvarar med naturen sitt "mål" om å alltid jobbe etter ein tilstand med lågast mogleg energi (t.d når eit elektron går til eit lågare energinivå). Ved at fargekraft-feltet dannar eit nytt par, er energien bevart grunna energien i fargekraft-feltet går over til masse på det nye kvark-antikvark-paret, og feltet kjem så attende til den ustrekkte tilstanden att.

Når ein kvark anten sendar eller tek i mot eit gluon, må kvarken endra fargeladning for at fargeladningen skal vera bevart. Døme: Ein blå kvark vert til ein raud kvark ved å senda ut eit blått/antiraudt gluon. Sidan kvarkane i eit hadron heile tida sendar ut og mottar gluonar, vert det ikkje mogleg å observera fargeladninga til kvar einskild kvark. Det viktige er at endringa av fargeladning til to kvarkar som utvekslar eit gluon gjer at det totale systemet av bundne kvarkar held seg fargenøytralt.

Framleis er eg ikkje komen fram til kva de er som verkeleg held kjernen saman, men hald deg fast for her kjem det! Du har fått vita at **den sterke fargekrafta** bind kvarkane saman grunna kvarkane har **fargeladning**. Dette seier oss likevel ikkje kva det er som held kjerne saman, for du har også fått vita at dei elektrisk positive protona fråstøytar kvarandre grunna den elektromagnetiske krafta, og protona og nøytrona er fargenøytrale, så ein skulle tru at desse ikkje har noko påverknad på kjernen?
 * __Kva er det som eigentleg held kjerna saman?__**

__For å oppsummera kort;__ når protona og nøytrona, under fellesnamnet nukleonar, er nære nok kvarandre, kan kvarkane inni eit nuklon kjenne den sterke fargekrafta frå kvarkane i nabonukleonet. Det er ikkje for ingenting at fargekrafta vert kalla sterk; den er meir enn sterk nok til å vinna over den fråstøyta elektromagnetisk krafta.

Denne sterke kjernekrafta som verkar mellom kvarkane og, i utgangspunktet, mellom fargenøytrale nuklonar som er nære nok kvarandre, er ikkje noko anna enn ei **avleia form** av den **fundamentale fargekrafta.**

**Kjernefysikk** [Lest 16.03.11] [|**Wikipedia sterk kjernekraft**][Lest 15.03.11] [|Store Norske Leksikon, sterke vekselverknader] [Lest 23.03.11] [|Store Norske Leksikon, fargeladning] [Lest 28.03.11] [|Store Norske Leksikon, elementærpartikkelfysikk] [Lest 28.03.11] - **Universitet i Oslo, fysisk institutt:** [|**Universitetet i Oslo, fysikk**] [Lest 23.03.11] [|**UiO, fargeladning**] [Lest 23.03.11] [|UiO, Sterke krefter] [Lest 23.03.11] [|UiO, utsending av gluon] [Lest 02.04.11] [|Uio, avleia fargekraft] [Lest 03.04.11]
 * Kjelder:**
 * [|Aschehoug Ergo Fysikk 1]**
 * [|UiO, fargekraftfelt]** [Lest 02.04.11]