Die starke Kernkraft, auch als starke Wechselwirkung bekannt, ist die stärkste Kraft im Universum, 1038-mal stärker als die Schwerkraft und 100-mal stärker als die elektromagnetische Kraft. Der einzige Haken ist, dass es nur auf Längenskalen des Atomkerns funktioniert und für längere Distanzen schnell abfällt.
Die starke Kernkraft wird bei Kernreaktionen freigesetzt, wie sie in der Sonne, in Kernkraftwerken und Atombomben stattfinden. Die starke Kraft wird durch die Gesetze der Quantenchromodynamik beschrieben, die Teil des in den 1970er Jahren entwickelten Standardmodells der Teilchenphysik sind. Der Nobelpreis für Physik 2004 ging an David Politzer, Frank Wilczek und David Gross.
Die starke Kraft tritt nicht direkt zwischen Protonen und Neutronen im Kern auf, sondern in den kleineren Quarks, aus denen sie bestehen. Die Kraft wird durch fundamentale Teilchen vermittelt, die Gluonen genannt werden, die nach der Art und Weise benannt sind, wie sie Quarks zusammenkleben. Jedes Proton oder Neutron besteht aus drei Quarks. Die Kraft zwischen den Nukleonen, die den Kern zusammenhält, wird als Kernkraft oder starke Restkraft bezeichnet, weil sie nur ein Effekt zweiter Ordnung der wahren starken Kraft ist, die ihre konstituierenden Quarks zusammenhält.
Die starke Kraft hat eine Eigenschaft, die als asymptotische Freiheit bezeichnet wird, was bedeutet, dass die Kraft der Quarks bei näherer Annäherung an Stärke abnimmt und sich asymptotisch Null nähert. Umgekehrt wird die Kraft stärker, wenn die Quarks weiter auseinander gehen. Wenn keine freien Quarks gefunden werden, bedeutet dies, dass kein Phänomen im Universum, außer vielleicht Schwarzen Löchern, in der Lage ist, Quarks auseinander zu reißen.
Theorien über die starke Kraft entstanden aus Beobachtungen in den 1950er Jahren, bei denen eine Vielzahl unterschiedlicher fundamentaler Teilchen, die als „Partikelzoo“ bezeichnet werden, in Blasenkammern beobachtet wurden. Dieses Spektrum von Teilchen verlangte nach Erklärungen für ihre Eigenschaften auf der Grundlage einer eleganten Theorie ihrer zugrunde liegenden Bestandteile. Die Theorie der Quantenelektrodynamik (QED) lieferte die genaueste bekannte quantitative wissenschaftliche Theorie. Es ist jedoch bekannt, dass die QED nicht vollständig ist, da sie nicht mit der derzeit besten Gravitationstheorie, der Allgemeinen Relativitätstheorie, kompatibel ist. Physiker suchen weiterhin nach einer mathematischen Vereinigung von QED und allgemeiner Relativitätstheorie.
Es wird die Hypothese aufgestellt, dass es Quarksterne geben könnte, extrem dichte Varianten von Neutronensternen mit einem solchen Gravitationsdruck, dass einzelne Neutronen nicht mehr unterschieden werden können, und alle Quarks werden zu etwas zusammengefügt, das einem riesigen Neutron ähnelt, das ausschließlich von der starken Kraft zusammengehalten wird und Schwere. Die Existenz von Quarksternen muss jedoch noch endgültig bestätigt werden.