Av de fyra naturliga krafterna, kända som de starka, svaga, gravitation och elektromagnetiska krafterna, är det lämpligt namngiven stark kraft dominerar över de andra tre och har jobbet att hålla atomkärnan tillsammans. Dess intervall är dock mycket litet - ungefär diametern på en medelstor kärna. Otroligt nog, om den starka kraften arbetade över långa sträckor, skulle allt i den välbekanta världen - sjöar, berg och levande saker - krossas till en klump på storleken på en enda stor byggnad.
Atomic Nucleus and the Strong Force
Varje atom i universum består av en kärna omgiven av ett moln av en eller flera elektroner. Kärnan i sin tur innehåller en eller flera protoner; alla atomer sparar väte har också neutroner. Den starka kraften får protoner och neutroner att attrahera varandra så att de stannar tillsammans i kärnan; emellertid lockar de inte protonerna och neutronerna hos angränsande atomer eftersom den starka kraften har liten effekt utanför kärnan.
De starka och elektromagnetiska krafterna
Protoner är partiklar med en positiv elektrisk laddning. Eftersom som laddningar stöter bort upplever protoner en motbjudande kraft när de närmar sig varandra och kraften ökar snabbt när de kommer närmare. Den elektromagnetiska kraften som producerar avstötningen verkar över stora avstånd, så om inte någon annan kraft verkar på protonerna, rör de inte varandra. Neutroner, å andra sidan, har ingen avgift; fria neutroner rör sig obehindrat. När protoner och neutroner kommer inom ungefär en biljondels millimeter, tar dock den starka kraften över och partiklarna hänger ihop.
Partikel Ping Pong
Den moderna teorin som styr de fyra grundläggande krafterna föreslår att de är en produkt av fram och tillbaka utbyte av små partiklar, ungefär som i ett pingpongspel. I det här spelet sätter Heisenbergs osäkerhetsprinciper reglerna - tunga partiklar kan röra sig mellan korta avstånd, medan ljuspartiklar når långa avstånd. Vid elektromagnetism är partiklarna fotoner som inte har någon massa; den elektromagnetiska kraften sträcker sig till ett oändligt avstånd. Mycket tunga partiklar som kallas pion förmedlar dock den starka kraften, så dess räckvidd är extremt kort.
Kärnfusion
Gravitation håller solen och andra stjärnor ihop; den enorma massan av väte och heliumgas producerar gigantiska tryck i kärnan och tvingar samman protoner och neutroner. När de kommer nära kommer den starka kraften till spel och de håller ihop, släpper ut energi i processen och omvandlar väte till helium. Forskare kallar detta en fusionsreaktion, och den producerar 10 miljoner gånger så mycket energi som kemiska reaktioner som att bränna kol eller bensin.
Neutronstjärnor
En neutronstjärna är resten av en explosion som inträffar i slutet av stjärnans liv. Det är ett ultratätt objekt som består av en stjärnmassa komprimerad till ett område på storleken på Manhattan. I neutronstjärnan dominerar den starka kraften eftersom explosionen har tvingat alla protoner och neutroner tillsammans. Stjärnan har inga atomer; det har blivit en stor boll av partiklar. Eftersom atomer mestadels är tomma, och neutronstjärnan har allt utrymme pressat ut, är densiteten enorm. En tesked neutronstjärna skulle väga 10 miljoner ton. Eftersom jorden är gjord av atomer, om den starka kraften på något sätt plötsligt agerade på långa avstånd, alla protoner och neutroner klumpar ihop sig, vilket resulterar i en sfär som är några hundra meter i diameter och har alla jordens originalmassa.