La force nucléaire forte, également connue sous le nom d’interaction forte, est la force la plus puissante de l’univers, 1038 fois plus forte que la gravité et 100 fois plus forte que la force électromagnétique. Le seul hic, c’est qu’il ne fonctionne qu’à des échelles de longueur du noyau atomique, tombant rapidement sur de plus longues distances.
La force nucléaire forte est ce qui est libéré lors des réactions nucléaires, du genre de celles qui se produisent dans le Soleil, les centrales nucléaires et les bombes nucléaires. La force forte est décrite par les lois de la chromodynamique quantique, qui font partie du modèle standard de la physique des particules, qui a été développé dans les années 1970. Le prix Nobel de physique 2004 a été décerné à David Politzer, Frank Wilczek et David Gross.
La force forte ne se produit pas directement entre les protons et les neutrons dans le noyau, mais dans les quarks plus petits qui les composent. La force est médiée par des particules fondamentales appelées gluons, du nom de la façon dont ils collent les quarks ensemble. Chaque proton ou neutron est composé de trois quarks. La force internucléon qui maintient le noyau ensemble est connue sous le nom de force nucléaire ou force résiduelle forte, car elle n’est qu’un effet de second ordre de la vraie force forte, maintenant ensemble leurs quarks constitutifs.
La force forte a une propriété appelée liberté asymptotique, ce qui signifie que lorsque les quarks se rapprochent, la force diminue en force, se rapprochant asymptotiquement de zéro. Inversement, à mesure que les quarks s’éloignent, la force devient plus forte. Le fait de ne pas trouver de quarks libres signifie qu’aucun phénomène dans l’univers, à l’exception peut-être des trous noirs, n’est capable de séparer les quarks les uns des autres.
Les théories de la force forte ont émergé d’observations dans les années 1950, où une variété de différentes particules fondamentales appelées zoo de particules ont été observées dans des chambres à bulles. Ce spectre de particules a exigé des explications pour leurs propriétés basées sur une théorie élégante de leurs constituants sous-jacents. La théorie de l’électrodynamique quantique (QED) livrée, fournissant la théorie scientifique quantitative la plus précise connue. Cependant, c’est un fait bien connu que QED n’est pas complet, car il n’est pas compatible avec la meilleure théorie actuelle de la gravité, la relativité générale. Les physiciens continuent de rechercher une unification mathématique de la QED et de la relativité générale.
On émet l’hypothèse qu’il peut exister des étoiles à quarks, des variantes extrêmement denses d’étoiles à neutrons avec une pression gravitationnelle telle que les neutrons individuels ne peuvent pas être distingués, et tous les quarks sont fusionnés en quelque chose ressemblant à un neutron gigantesque, maintenu ensemble exclusivement par la force puissante et la gravité. L’existence d’étoiles quarks n’a cependant pas encore été définitivement confirmée.