Wisselwerking (Natuurkunde)

Er zijn vier fundamentele wisselwerkingen, namelijk:

1. Gravitatiewisselwerking (zwaartekracht)

Gravitatie, oftewel zwaartekracht, houdt materialen op grote schaal bij elkaar. De hypothetisch elementaire deeltjes gravitonen brengen zwaartekracht over. Deze deeltjes zijn zo klein dat ze niet te zien zijn. Daarom zijn het ook hypothetische deeltjes. Zwaartekracht is een aantrekkende kracht die twee of meerdere massa’s op elkaar uitoefenen. Door zwaartekracht kunnen dingen naar beneden vallen, omdat ze door de aantrekkingskracht naar beneden worden getrokken. De zwaartekracht is zo zwak dat het onvindbaar is.

2. Sterke wisselwerking (kernkracht)

Sterke wisselwerking wordt ook wel sterke kernkracht genoemd. De kracht die protonen en neutronen bij elkaar houdt in een atoomkern is te danken aan de sterke wisselwerking tussen de quarks. Een atoomkern is het binnenste van een atoom en bestaat dus uit protonen en neutronen. Een proton is positief elektrisch geladen en een neutron is neutraal elektrisch geladen.

De quarks zijn hele kleine deeltjes en de bouwstenen van protonen, neutronen en nog vele andere deeltjes. Behalve een elektrische lading hebben quarks ook nog een andere ‘lading’. Deze lading wordt kleurlading genoemd. Er zijn drie soorten kleur ladingen met als soortnamen ‘rood’, ‘groen’ en ‘blauw’. De kracht tussen deeltjes met kleurlading is heel sterk, vandaar de naam sterke kracht. De krachtvoerende deeltjes worden ‘gluonen’ genoemd, omdat ze de quarks zo aan elkaar "lijmen" dat ze nooit los kunnen komen. De gluonen hebben ook een kleur-lading. Verder hebben alle andere deeltjes geen kleurlading. De sterke wisselwerking werkt alleen op het niveau van de quarks. De sterke wisselwerking is eigenlijk gewoon het uitwisselen van gluonen.

3. Zwakke wisselwerking

De zwakke wisselwerking zorgt ervoor dat alle quarks en leptonen met meer massa vervallen in deeltjes met een lichtere massa. Bij het vervallen verdwijnt het deeltje en verschijnen er twee of meer andere deeltjes. De som van de massa’s van de nieuwe deeltjes is altijd lager dan de massa van het vervallen deeltje. Bij dit proces komt er energie vrij. Als een quark of een lepton vervalt, verandert het deeltje van soort. Dit veranderen van soort, wordt ‘smaakverandering’ genoemd. De zwakke wisselwerking wordt overgebracht door W+, W–, en Z0 deeltjes. De W-deeltjes zijn elektrisch geladen en het Z0 deeltje is neutraal geladen.

4. Elektromagnetische wisselwerking (elektrische kracht, magnetische kracht)

Elektromagnetische kracht is de kracht tussen geladen deeltjes. De elektromagnetische kracht zorgt ervoor dat de elektronen om de atomen gaan draaien. Fotonen dragen elektromagnetische kracht over. De stroom van een foton, nemen we waar als elektromagnetische straling. Fotonen kunnen worden geabsorbeerd of uitgestraald door elk elektrisch geladen deeltje. Elektriciteit en magnetisme zijn twee onderdelen van dezelfde wisselwerking. Deeltjes met een tegengestelde lading (+ en -) trekken elkaar aan, maar deeltjes met dezelfde lading stoten elkaar af. In een atoom zitten dus positieve en negatieve deeltjes. Hierdoor kunnen atomen elkaar aantrekken of elkaar afstoten. De geladen deeltjes van de ene atoom oefenen dus kracht uit op de geladen deeltjes van de andere atoom. Dit proces maakt chemische reactie mogelijk: atomen kunnen zich met elkaar binden tot moleculen. En de moleculen kunnen bijvoorbeeld weer een vloeistof laten stollen.