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Starke Wechselwirkung



Die starke Wechselwirkung ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie ist unter anderem für den Zusammenhalt der Quarks und aller daraus zusammengesetzter Teilchen z.B. Nukleonen, d. h. Protonen und Neutronen, im Atomkern verantwortlich und wird in diesem Zusammenhang auch als Kernkraft bezeichnet. Sie ist deutlich stärker als die elektromagnetische Wechselwirkung und kann daher Atomkerne entgegen der gegenseitigen elektrischen Coulomb-Abstoßung der Protonen stabilisieren. Der starken Wechselwirkung unterliegen alle Hadronen, d. h. Nukleonen, Mesonen, Baryonen und Hyperonen.

Wie die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung wird auch sie durch den Austausch von Bosonen(Austauschteilchen) beschrieben. Diese Austauschteilchen werden im Falle der starken Wechselwirkung als Gluonen bezeichnet, von denen es acht verschiedene Sorten (unterschiedliche Ladungszustände) gibt. Die Gluonen übertragen eine so genannte Farbladung zwischen den Quarkss. Ein Gluon kann dabei mit anderen Gluonen interagieren und Ladungen unterwegs austauschen.

Die starke Wechselwirkung nimmt exponentiell mit dem Abstand der beteiligten Teilchen ab. Ihre Reichweite ist im Wesentlichen auf den Atomkern beschränkt. Damit unterscheidet sich die starke Wechselwirkung grundlegend von der elektromagnetischen Wechselwirkung oder der Gravitation, die beide eine immer schwächer werdende unendliche Reichweite besitzen. Diese vergleichsweise hohe Reichweite ist dafür verantwortlich, dass diese eigentlich schwächeren Wechselwirkungen im Alltag für den Menschen wahrnehmbar sind.

Historisch wurde die geringe Reichweite der starken Wechselwirkung durch das Mesonen-Austauschmodell (Yukawa-Potential) erklärt. Hier wird in einer effektiven Theorie der Zusammenhalt des Atomkerns auf den Austausch von Pionen zwischen den Protonen und Neutronen des Atomkerns zurückgeführt. Die Masse der Pionen bedingt dann die kurze Reichweite der Wechselwirkung.

Erst die streng mathematische Beschreibung der starken Wechselwirkung mittels der Quantenchromodynamik, einer Quantenfeldtheorie, erlaubt ein Verständnis der zugrundeliegenden Wechselwirkungen zwischen Quarks und Gluonen. Hier wird die Ursache der geringen Reichweite der starken Wechselwirkung im Confinement begründet. Dies besagt, dass stark wechselwirkende Teilchen nur in farbneutralen Konstellationen vorkommen können, so dass die starke Farbladung immer nach außen abgeschirmt ist.

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