Av de fyra naturliga krafterna, känd som den starka, svaga, gravitationen och de elektromagnetiska krafterna dominerar den benämnda starka kraften över de andra tre och har jobbet att hålla atomkärnan ihop. Dess intervall är dock väldigt liten - om diameteren av en medelstor kärna. Otroligt, om den starka kraften arbetade över långa sträckor, skulle allt i den kända världen - sjöar, berg och levande saker - krossas till en klump av storleken på en enda stor byggnad.

Atomic Nucleus and the Stark Force

Varje atom i universum består av en kärna omgiven av ett moln av en eller flera elektroner. Kärnan innehåller i sin tur en eller flera protoner; alla atomer räddar väte har också neutroner. Den starka kraften ger protoner och neutroner att locka varandra så att de håller sig i kärnan. De lockar dock inte protonerna och neutronerna i närliggande atomer eftersom den starka kraften har liten effekt utanför kärnan.

De starka och elektromagnetiska krafterna

Protoner är partiklar med en positiv elektrisk laddning . Eftersom protoner uppstår, upplever protoner en repulsiv kraft när de närmar sig varandra, och kraften ökar snabbt när de närmar sig varandra. Den elektromagnetiska kraften som ger repulsionen verkar över stora avstånd, så om inte någon annan kraft verkar på protonen, berör de inte varandra. Neutroner å andra sidan har ingen kostnad; fria neutroner rör sig omhindrade. När protoner och neutroner ligger inom ungefär en trillionth av en millimeter, tar den starka kraften över och partiklarna håller sig ihop.

Partikel Ping Pong

Den moderna teorin som styr de fyra grundläggande krafterna föreslår att de är en produkt av fram och tillbaka utbyte av små partiklar, mycket som i ett spel av ping-pong. I detta spel sätter Heisenberg Uncertainty Principle reglerna - tunga partiklar kan flytta mellan korta avstånd, medan lätta partiklar når långa avstånd. Vid elektromagnetism är partiklarna fotoner, vilka inte har någon massa; Den elektromagnetiska kraften sträcker sig till ett oändligt avstånd. Mycket tunga partiklar som kallas pioner förmedlar den starka kraften, men dess intervall är extremt kort.

Kärnfusion

Gravity håller solen och andra stjärnor tillsammans; den enorma massan av väte och heliumgas ger gigantiska tryck i kärnan, vilket tvingar protoner och neutroner tillsammans. När de kommer nära kommer den starka kraften i spel och de håller sig ihop, frigör energi i processen och omvandlar väte till helium. Forskare kallar detta en fusionsreaktion, och det producerar 10 miljoner gånger så mycket energi som kemiska reaktioner som att bränna kol eller bensin.

Neutronstjärnor

En neutronstjärna är rester av en explosion som inträffar i slutet av stjärnans liv. Det är ett ultra-tätt föremål, som består av en stjärnas massa som komprimeras till ett område som är storleken på Manhattan. I neutronstjärnan dominerar den starka kraften för att explosionen har tvingat alla protoner och neutroner tillsammans. Stjärnan har inga atomer; Det har blivit en stor boll av partiklar. Eftersom atomer är mestadels tomma utrymme, och neutronstjärnan har allt utrymme utpressat, är densiteten enorm. En tesked av neutronstjärna skulle väga 10 miljoner ton. Eftersom jorden är gjord av atomer, om den starka kraften på något sätt plötsligt agerade på långa sträckor, skulle alla protoner och neutroner klumpa samman, vilket resulterar i en sfär ett par hundra meter i diameter och med all jordens ursprungliga massa.