Gaya kuat dan dorongan yang saling menjauhkan.

Perhatikan inti seperti helium-4: dua proton dipadatkan ke dalam ruang dengan lebar sekitar 3 fm. Proton bermuatan positif, jadi proton saling tolak.

Mari kita beri angka pada hal ini. Dua proton yang berjarak 1 fm saling mendorong dengan gaya listrik sebesar

F = k e² / r² ≈ (8,99 × 10⁹) × (1,60 × 10⁻¹⁹)² / (10⁻¹⁵)² ≈ 230 N.

Itu kira-kira sama dengan berat massa 23 kg yang bekerja pada satu proton. Bagaimana dengan gravitasi di antara keduanya? Nilainya sekitar 2 × 10⁻³⁴ N, yaitu sekitar 10³⁶ kali lebih lemah. Gravitasi tidak berpengaruh dalam inti.

Pasti ada sesuatu yang mengikat inti agar tetap menyatu, dan sesuatu itu harus lebih kuat daripada 230 N pada jarak tersebut. Sesuatu itu adalah gaya nuklir kuat.

Seperti apa gaya nuklir kuat.

• Gaya ini menarik antarnukleon saat jaraknya sekitar 1 hingga 2 fm, dan jauh lebih kuat daripada repulsi listrik pada jarak tersebut.
• Jangkauannya sangat pendek: pada jarak sekitar 2 hingga 3 fm, gaya ini sudah hampir hilang. Di luar jarak itu, repulsi listrik menang.
• Pada jarak kurang dari sekitar 0,5 hingga 0,7 fm, gaya ini berubah menjadi repulsif, sehingga nukleon tidak saling bertabrakan.
• Gaya ini bekerja pada proton dan neutron. Gaya ini hampir tidak membedakan muatan: gaya antara dua proton, dua neutron, atau proton dan neutron kira-kira sama. (Perbedaan spin membuat pasangan terikat yang terdiri dari dua proton atau dua neutron tidak ada, sedangkan pasangan proton-neutron ada. Pasangan itu disebut deuteron.)

Lebih jauh lagi, nukleon tersusun dari quark yang disatukan oleh gluon. Gaya antara nukleon adalah sisa, atau "residu", dari gaya antarquark tersebut, agak seperti molekul netral yang masih saling tarik-menarik.

Mengapa inti berat membutuhkan neutron tambahan. Gaya nuklir kuat memiliki jangkauan yang sangat pendek, sehingga setiap nukleon hanya merasakan beberapa nukleon tetangga yang menyentuhnya. Menambahkan lebih banyak nukleon tidak membuat setiap nukleon terikat lebih kuat. Repulsi listrik berbeda: setiap proton menolak setiap proton lainnya, seberapa pun jauhnya di dalam inti, dan jumlah totalnya bertambah kira-kira sebanding dengan kuadrat jumlah proton.

Neutron membantu karena menambahkan tarikan gaya nuklir kuat tanpa menambahkan repulsi apa pun. Neutron membuat proton tersebar dan bertindak seperti lem. Itulah sebabnya inti ringan seperti kalsium-40 (20 proton, 20 neutron) memiliki jumlah yang hampir sama, sedangkan timbal-208 memiliki 82 proton dan 126 neutron: N/Z ≈ 1,5. Setelah timbal, lem neutron sebanyak apa pun tidak cukup, dan setiap inti menjadi tidak stabil.