kärnväxelverkan

Kärnväxelverkan avser de krafter och processer som verkar mellan nukleoner och andra kärnpartiklar. Den dominerande kraften i kärnan är den starka växelverkan, som binder protoner och neutroner samman genom utbyte av gluoner och därigenom ger upphov till kärnans bindningsenergi. Den starka växelverkan är korträckvidd men mycket stark. Den elektromagnetiska växelverkan verkar mellan protoner och neutroner via deras elektriska laddningar och bidrar till Coulomb-repulsionen mellan protonerna. Den svaga växelverkan är avgörande för vissa kärnprocesser, som beta- och neutrinoövergångar. Gravitationen är i kärnans skala helt försumbart jämfört med de andra krafterna.

Kärnväxelverkan manifesteras i kärnreaktioner som fission, fusion, neutronfångst samt radioaktiva omvandlingar som beta- och gamma-decay. Reaktionerna kan ske spontant eller under påverkan av yttre partiklar, till exempel snabba neutroner eller laddade partiklar i accelerators. Bindningsenergin och kärnstrukturen bestäms av den underliggande växelverkan.

Teoretiskt beskrivs den starka växelverkan inom quantum chromodynamics, medan kärnfysik ofta använder effektiva modeller som sköld- eller liquid-drop-modeller samt mesonutbytesramverk för att förklara kärnstruktur och reaktioner. QCD ger förståelse på korta avstånd; kärnmodellerna används för att beräkna bindningar och övergångar.

Experimentellt studeras kärnväxelverkan genom kärnreaktionsstudier och scattering-mätningar, kärnspektrum och mätningar av bindningsenergier och reakcionskorssnitt. Anläggningar med partikelacceleratorer och neutronkällor gör det möjligt att undersöka kärnprocesser under olika villkor.

Praktiska tillämpningar av kärnväxelverkan inkluderar kärnkraft, medicinska isotoper och radiomarkörer, kol-14-datering samt förståelsen av stjärnornas nukleosyntes i astrofysik.