強い相互作用

原子核物理学および素粒子物理学において、強い相互作用（つよいそうごさよう、英語: strong interaction）または強い力は、強い核力の原因となるメカニズムであり、4つの既知の基本相互作用の1つである。10−15 m (1 フェムトメートル)の範囲では、強い力は電磁気の約137倍、弱い相互作用の100万倍、重力の1038倍である。強い核力は、クォークを陽子や中性子などのハドロン粒子に閉じ込めるため、通常の物質のほとんどをまとめている。さらに、強い力はこれらの中性子や陽子を結合させて原子核を作る。一般的な陽子や中性子の質量のほとんどは、強い力場のエネルギーの結果であり、個々のクォークは陽子の質量の1%程度しか提供していない。 強い相互作用は、2つの範囲で観測でき、2つのフォースキャリアにより媒介される。大きいスケール（約1-3 fm）では、陽子と中性子（核子）を結合させて原子核を形成する力（中間子が運ぶ力）である。小さいスケール（核子の半径約0.8 fm以下）では、クォークを結合して陽子、中性子などのハドロン粒子を形成する力（グルーオンにより運ばれる）である。後者の文脈では、これはしばしば色力(color force)として知られる。強い力は本来、強い力により結合したハドロンが新たに大きい質量の粒子を作るほどの強さがある。したがって、ハドロンが高エネルギー粒子に衝突すると、自由に動く放射線（グルーオン）を放出する代わりに新しいハドロンを生成する。この強い力の性質は色の閉じ込めと呼ばれ、強い力の自由な「放出」を防ぎ、実際には質量の大きな粒子のが生成される。 原子核の文脈では、同じ強い相互作用（核子内のクォークを結合する力）が陽子と中性子を結合させて原子核を形成している。この能力を核力（または「強い残留力」）と呼ぶ。そのため陽子と中性子内の強い相互作用からの残留力も核を結合させる。このように、強い残留相互作用は核子間の距離に依存した振る舞いをするが、核子内のクォークを結合させるように作用している場合とは全く異なる。さらに、核融合と核分裂の核力の結合エネルギーにも違いがある。核融合は太陽や他の星のエネルギー生産の大部分を占める。核分裂は弱い相互作用を媒介とすることが多いが、放射性元素や同位体の崩壊が可能となる。人為的には核力に関連するエネルギーは、ウランやプルトニウムベースの核分裂兵器や水爆のような核融合兵器では、原子力や核兵器で部分的に放出されている。 強い相互作用は、クォークやアンチクォークなどの間で作用する、グルーオンと呼ばれる質量の無い粒子の交換により媒介される。グルーオンは、色荷と呼ばれるチャージを介してクォークや他のグルーオンと相互作用していると考えられている。色荷は電磁気のチャージ（電荷）と似ているが、1つのチャージではなく3種のチャージ（±赤、±緑、±青）がある。これにより異なる力が生じ、異なる振る舞い方となる。これらのルールは、クォーク・グルーオン相互作用の理論である量子色力学(QCD)で詳しく説明される。