כוח חזק, אינטראקציה בסיסית של הטבע הפועלת בין חלקיקים תת-אטומיים של חומר. הכוח החזק קושר קוארקים יחד באשכולות ליצירת חלקיקים תת-אטומיים מוכרים יותר, כמו פרוטונים ונויטרונים. זה גם מחבר את הגרעין האטומי וביסוד האינטראקציות בין כל החלקיקים המכילים קווארקים.
חלקיק תת-אטומי: הכוח החזק
למרות שהכוח החזקה בשם זה הוא החזק מכל האינטראקציות הבסיסיות, הוא, כמו הכוח החלש, הוא קצר טווח
הכוח החזק מקורו בנכס המכונה צבע. מאפיין זה, שאין לו קשר עם צבע במובן הוויזואלי של המילה, מקביל במקצת לטעינה חשמלית. כמו שמטען חשמלי הוא מקור האלקטרומגנטיות, או הכוח האלקטרומגנטי, כך הצבע הוא מקור הכוח החזק. חלקיקים ללא צבע, כמו אלקטרונים ולפטונים אחרים, אינם "מרגישים" את הכוח החזק; חלקיקים עם צבע, בעיקר הקווארקים, "מרגישים" את הכוח החזק. כרומודינמיקה קוונטית, תיאוריית השדות הקוונטיים המתארת אינטראקציות חזקות, שמה את שמו מהמאפיין הצבעוני המרכזי הזה.
פרוטונים ונויטרונים הם דוגמאות לבריאונים, סוג של חלקיקים המכילים שלושה קווארקים, שלכל אחד מהם שלושה ערכי צבע אפשריים (אדום, כחול וירוק). קוורקים עשויים לשלב גם עם עתיקות (החלקיקים שלהם, בעלי צבע הפוך) ליצירת מזונים, כמו pi mesons ו- K mesons. לבריונים ולמסונים כולם צבע נטו של אפס, ונראה כי הכוח החזק מאפשר רק לקומבינציות עם אפס צבע להתקיים. ניסיונות להפיל קווארקים בודדים, בהתנגשויות של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה, למשל, גורמים רק ליצירת חלקיקים "חסרי צבע" חדשים, בעיקר מזונים.
באינטראקציות חזקות הקווארקים מחליפים גלונים, נשאי הכוח החזק. גלואונים, כמו פוטונים (חלקיקי המסנג'ר של הכוח האלקטרומגנטי), הם חלקיקים חסרי מסה עם יחידה שלמה של ספין מהותי. עם זאת, בניגוד לפוטונים, שאינם טעונים חשמלית ולכן אינם חשים בכוח האלקטרומגנטי, גלונים נושאים צבע, מה שאומר שהם מרגישים את הכוח החזק ויכולים לתקשר ביניהם. תוצאה אחת להבדל זה היא, בטווח הקצר שלה (כ 10 -15 מטר, בערך בקוטר של פרוטון או נויטרון), הכוח החזק נראה להתחזק עם המרחק, בניגוד לכוחות אחרים.
ככל שהמרחק בין שני קווארקים הולך וגובר, הכוח ביניהם הולך וגובר, כמו שהמתח מתרחש בחלק חתיכת אלסטי כששני קצוותיו נפרדים זה מזה. בסופו של דבר האלסטית תישבר ותניב שני חלקים. משהו דומה קורה עם קווארקים, שכן עם אנרגיה מספקת זה לא קווארק אחד אלא זוג קווארק-עתיקות ש"משוך "מהאשכול. לפיכך, נראה כי הקווארקים נעולים תמיד בתוך המזונים והבריונים הנצפים, תופעה המכונה כליאה. במרחקים הדומים לקוטר הפרוטון, האינטראקציה החזקה בין הקווארקים גדולה פי מאה מהאינטראקציה האלקטרומגנטית. במרחקים קטנים יותר, לעומת זאת, הכוח החזק בין הקווארקים נחלש, והקווארקים מתחילים להתנהג כחלקיקים עצמאיים, אפקט המכונה חופש אסימפטוטי.
