La forza nucleare forte, nota anche come interazione forte, è la forza più forte dell’universo, 1038 volte più forte della gravità e 100 volte più forte della forza elettromagnetica. L’unico problema è che opera solo su scale di lunghezza del nucleo atomico, scendendo rapidamente per distanze maggiori.
La forza nucleare forte è ciò che viene liberato durante le reazioni nucleari, del tipo che ha luogo nel Sole, nelle centrali nucleari e nelle bombe nucleari. La forza forte è descritta dalle leggi della cromodinamica quantistica, parte del Modello Standard della fisica delle particelle, sviluppato negli anni ‘1970. Il Premio Nobel 2004 per la Fisica è stato assegnato a David Politzer, Frank Wilczek e David Gross.
La forza forte in realtà non si verifica direttamente tra protoni e neutroni nel nucleo, ma nei quark più piccoli che li compongono. La forza è mediata da particelle fondamentali chiamate gluoni, così chiamate per il modo in cui incollano insieme i quark. Ogni protone o neutrone è composto da tre quark. La forza internucleonica che tiene insieme il nucleo è nota come forza nucleare o forza forte residua, perché è solo un effetto di secondo ordine della vera forza forte, che tiene insieme i loro quark costituenti.
La forza forte ha una proprietà chiamata libertà asintotica, nel senso che man mano che i quark si avvicinano, la forza diminuisce di forza, avvicinandosi asintoticamente allo zero. Al contrario, man mano che i quark si allontanano, la forza diventa più forte. L’incapacità di trovare quark liberi è stata interpretata nel senso che nessun fenomeno nell’universo, tranne forse i buchi neri, è in grado di separare i quark l’uno dall’altro.
Le teorie della forza forte sono emerse dalle osservazioni negli anni ‘1950, in cui una varietà di diverse particelle fondamentali chiamate “zoo di particelle” sono state osservate nelle camere a bolle. Questo spettro di particelle richiedeva spiegazioni per le loro proprietà basate su un’elegante teoria dei loro costituenti sottostanti. La teoria dell’elettrodinamica quantistica (QED) ha fornito, fornendo la teoria scientifica quantitativa più precisa conosciuta. Tuttavia, è risaputo che la QED non è completa, in quanto non è compatibile con l’attuale migliore teoria della gravità, la relatività generale. I fisici continuano a cercare un’unificazione matematica di QED e relatività generale.
Si ipotizza che possano esistere stelle di quark, varianti di stelle di neutroni ad altissima densità con una tale pressione gravitazionale che i singoli neutroni non possono essere distinti, e tutti i quark vengono fusi insieme in qualcosa di simile a un gigantesco neutrone, tenuto insieme esclusivamente dalla forza forte e gravità. Tuttavia, l’esistenza di stelle di quark deve ancora essere definitivamente confermata.