El recorregut per la Física de Partícules

La interacció forta és una interacció en la que participen totes les partícules que porten l'anomenada càrrega de color. Aquesta interacció té lloc a través d'un tipus de partícula d'intercanvi, els gluons. Amb els gluons es poden descriure correctament tots els fenòmens de la interacció forta. Ells mateixos són portadors de color, de manera que poden interaccionar amb ells mateixos. Els gluons tenen sempre un color i un anticolor. Això està relacionat amb la propietat que tenen de ser partícules d'intercanvi de la interacció forta. Al final d'aquesta pàgina, quan s'expliqui la força forta, això quedarà justificat. Els gluons, però, tenen un abast tan curt que en el nostre dia a dia no ens adonem de res de la interacció forta.

La càrrega de color és la "càrrega" de la força forta.

Hi ha tres càrregues de color: vermella, verda i blava. Els portadors d'aquestes càrregues de color són els quarks i els gluons. En general les càrregues de color s'anomenen senzillament colors.

També hi ha tres anticolors: antivermell (cian), antiverd (magenta), antiblau (groc). Els portadors d'aquests colors són els aniquarks i els gluons.

Els anticolors són els colors complementaris dels respectius colors. Això és així perquè d'aquesta manera, totes les combinacions de quarks possibles són blanques.

També és important el fet que quan es tenen dos quarks down de colors diferents, no es pot diferenciar quin quark té quin color. Per això les combinacions de dos quarks down de colors vermell i blau (vermell, blau) i (blau, vermell) són indistingibles i representen una única possibilitat.

1.) Si es té, doncs, una combinació de tres quarks (els anomenats barions, més detalls a la pàgina Model Estàndard), llavors cada quark té un color diferent. Els tres quarks donen, tots junts, blanc, exactament igual que en la teoria dels colors.
Vet aquí, com a exemple, el neutró.

Aquí es té una combinació de quarks possible.
Ara pots pensar quantes combinacions hi ha!

2.) El mateix val per la combinació de tres antiquarks:cada antiquark té un anticolor diferent, i els tres junts fan, com en la teoria dels colors, blanc.
Com exemple considerem l'antineutró, format pels antiquarks amb els anticolors.

3.) Si es té una combinació de dos quarks (els anomenats mesons, més detalls a la pàgina Model Estàndard), llavors aquests només poden consistir en un quark i un antiquark. El quark té un color determinat, i l'antiquark, el corresponent anticolor, de manera que junts, els dos colors tornen a donar blanc. Com exemple d'això tenim l'anomenat mesó π^-, que està format per un quark up i un antiquark down.

La interacció forta es manifesta de dues maneres:

1.) Com a força fonamental de color, que uneix els quarks entre ells i que és mitjançada per gluons.

2.) Com a responsable de la interacció entre objectes de colors neutres (per exemple entre els nucleons del nucli atòmic), mitjançada per mesons.

Aclaració: una part de la força de l'interior dels nucleons no està saturada i té abast més enllà d'aquests, la qual cosa es manifesta en l'anomenada força nuclear, que manté els nuclis atòmics units. Això significa, en concret, que els nucleons que estan l'un al costat de l'altre intercanvien mesons, amb la qual cosa es crea l'enllaç entre nucleons.

1.) Força: Actua entre els quarks a través de l'intercanvi de gluons g. Gràcies a l'intercanvi continuat de gluons es manté la força forta. Ho representarem amb un exemple.

Tenim un neutró, els quarks del qual tenen cadascun un color: u(verd), d(vermell), d(blau).

Ara el quark d vermell emet un gluó i esdevé un quark d verd. En aquest cas, el gluó ha de portar els colors vermell i anti-verd=magenta: g(vermell/antiverd).

Pel fet de tenir aquesta combinació de colors, el gluó verd és atrapat pel quark u, el qual es converteix en un quark u vermell: u(vermell).

Per tant al final encara tenim un neutró, només que ara tenim una altra distribució de colors entre els quarks: u(vermell), d(verd), d(blau).

2.) Desintegració: Pot passar que un quark i un antiquark s'anihilin , transformant-se en un gluó. En aquest cas el gluó pren el color del quark i l'anti-color de l'anti-quark.

3.) Producció: L'anomenada producció de parells, que és anàloga a la producció de parells de la interacció electromagnètica, és el procés contrari a la desintegració: a partir d'un gluó es creen un quark i un antiquark. El quark i l'antiquark contenen el color i l'anti-color del gluó.

Naturalment, també es pot donar una combinació de desintegració i producció: Un quark i un antiquark es transformen en un gluó i després, de nou en un quark i un antiquark.

També és interessant el fet que la força forta es fa més gran com més separats estan els quarks. Si s'intenta separar una combinació d'un quark i un antiquark per tal de poder observar quarks aïllats, llavors el gluó "es trenca" i es formen dos parelles de quark-antiquark. Aquesta manera de veure-ho mostra que mai es poden observar quarks, antiquarks ni gluons aïllats. Això no ha pasat mai.