Trong
vật lý hạt nhân và
vật lý hạt,
tương tác mạnh là cơ chế gây ra
lực hạt nhân mạnh, và là một trong bốn
tương tác cơ bản đã biết, với những
tương tác khác là
điện từ,
tương tác yếu và
lực hấp dẫn . Trong khoảng 10-15 m (1
femtometer ), lực tương tác mạnh gấp xấp xỉ 137 mạnh lần lực điện từ, mạnh gấp một triệu lần
lực tương tác yếu và mạnh gấp 10 38 lần lực hấp dẫn.
[1] Lực hạt nhân mạnh giữ hầu hết các vật chất bình thường lại với nhau bởi vì nó trói
các hạt quark thành các hạt
hadron như
proton và
neutron . Ngoài ra, lực mạnh liên kết các neutron và proton này để tạo ra hạt nhân nguyên tử. Phần lớn
khối lượng của một
proton hoặc
neutron thông thường là kết quả của
năng lượng trường lực mạnh ; các quark riêng lẻ chỉ cung cấp khoảng 1% khối lượng của một proton.Tương tác mạnh có thể quan sát được ở hai phạm vi và là trung gian của hai hạt tải điện. Ở quy mô lớn hơn (khoảng 1 đến 3
fm ), đó là lực (do
các meson mang ) liên kết các
proton và
neutron (nucleon) với nhau để tạo thành
hạt nhân của
nguyên tử . Ở quy mô nhỏ hơn (nhỏ hơn khoảng 0,8 fm, bán kính của một nucleon), đó là lực (do
gluon mang theo) giữ
các hạt quark lại với nhau để tạo thành proton, neutron và các
hạt hadron khác.
[2] Trong bối cảnh sau, nó thường được gọi là
lực màu . Lực mạnh vốn có một cường độ cao đến mức các hạt hadron bị ràng buộc bởi lực mạnh có thể
tạo ra các hạt có khối lượng lớn mới . Do đó, nếu các hạt hadron bị tác động bởi các hạt năng lượng cao, chúng sẽ tạo ra các hạt hadron mới thay vì phát ra bức xạ chuyển động tự do (
gluon ). Tính chất này của lực mạnh được gọi là
sự hạn chế màu sắc, và nó ngăn cản sự "phát xạ" tự do của lực mạnh: thay vào đó, trong thực tế, các
phản lực của các hạt có khối lượng lớn được tạo ra.Trong bối cảnh của hạt nhân nguyên tử, cùng một lực tương tác mạnh (liên kết các quark trong một
nucleon ) cũng liên kết các proton và neutron với nhau để tạo thành một hạt nhân. Với khả năng này nó được gọi là
lực hạt nhân (hay lực mạnh dư ). Vì vậy, chân không từ tương tác mạnh giữa proton và neutron cũng liên kết các hạt nhân với nhau.
[3] Do đó, tương tác mạnh còn lại tuân theo một hành vi phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nucleon hoàn toàn khác với khi nó hoạt động để liên kết các quark trong nucleon. Ngoài ra, sự khác biệt tồn tại trong
năng lượng liên kết của lực
hạt nhân của
phản ứng tổng hợp hạt nhân và sự phân hạch hạt nhân . Phản ứng tổng hợp hạt nhân chiếm hầu hết sản lượng năng lượng trên
Mặt trời và các
ngôi sao khác. Sự phân hạch hạt nhân cho phép phân rã các nguyên tố và
đồng vị phóng xạ, mặc dù nó thường là trung gian của
tương tác yếu . Về mặt nhân tạo, năng lượng liên kết với lực hạt nhân được giải phóng một phần trong
năng lượng hạt nhân và
vũ khí hạt nhân, cả trong vũ khí phân hạch dựa trên
uranium hoặc
plutonium và trong vũ khí nhiệt hạch như
bom khinh khí .
[4] [5]Tương tác mạnh được thực hiện bởi sự trao đổi các hạt không khối lượng gọi là
gluon hoạt động giữa các quark,
phản quark và các gluon khác. Gluons được cho là tương tác với quark và các gluon khác bằng một loại điện tích gọi là
điện tích màu . Điện tích màu tương tự như điện tích điện từ, nhưng nó có ba loại (± đỏ, ± xanh lục, ± xanh lam) chứ không phải một, dẫn đến một loại lực khác, với các quy tắc hoạt động khác nhau. Các quy tắc này được trình bày chi tiết trong lý thuyết sắc
động lực học lượng tử (QCD), là lý thuyết về tương tác quark-gluon.