强相互作用是自然界四种基本相互作用之一，另外三种是电磁学所描述的电磁相互作用、弱相互作用和引力。它直接作用于夸克和胶子，将它们束缚成质子和中子等复合粒子。其残余效应则将这些粒子结合成原子核。描述这一相互作用的基本理论是量子色动力学（QCD），它是标准模型中描述强相互作用的组成部分。要理解强相互作用的性质，必须区分基本的色相互作用与核子之间的有效作用力。(home.web.cern.ch)
色荷与胶子
与强相互作用相关的荷称为色荷。夸克有三种可能的色态，按惯例称为红、绿、蓝；这些名称与可见光的颜色毫无关系。反夸克则带有相应的反色。QCD 是一种基于 SU(3) 对称群的规范理论，该群从数学上描述了这些色态之间的变换。(pdg.lbl.gov)
强相互作用由八种胶子场传递。胶子本身携带色荷，因此会与其他胶子相互作用；这一点不同于传递电磁相互作用的光子，后者不带电荷。这些自相互作用是 QCD 的核心特征，也是它与量子电动力学的重要区别。该理论既包含夸克与胶子之间的相互作用，也包含涉及三个或四个胶子的相互作用顶点。(pdg.lbl.gov)
可观测到的、参与强相互作用的复合粒子称为强子。它们是由夸克、反夸克和胶子构成的色中性组合，常见例子包括核子和介子。色中性并不意味着其组成粒子没有色荷，而是指整个状态在色变换下表现为色单态。(pdg.lbl.gov)
渐近自由与禁闭
强相互作用的有效强度取决于测量所对应的尺度。在极短距离上，也就是动量转移很大时，强耦合会减弱。这种性质称为渐近自由，使夸克在能量足够高的过程中近似表现为相互作用较弱的粒子。它也使微扰理论适用于许多碰撞计算；这种理论将预测结果按较小耦合常数的幂次展开。(nobelprize.org)
在较大距离上，相互作用进入强耦合状态。人们尚未观测到孤立的夸克或胶子作为自由传播的粒子存在；它们总是出现在色中性的强子内部。这种现象称为色禁闭。一种有助于理解的物理图像是：将夸克与反夸克分开，会拉长一条储存胶子场能量的通量管。当输入的能量足够大时，就会形成新的夸克—反夸克对，产生更多强子，而不是释放出单独的夸克。(indico.cern.ch)
因此，高能碰撞产生的是成束的强子，而不是可以直接观测的自由夸克或胶子。这些强子束称为喷注，保留着引发它们的高能组分的信息。喷注的形成先经历胶子辐射，随后发生强子化，即夸克和胶子转化为强子的过程。对喷注结构的测量可以检验这一演化过程，以及强耦合随尺度的变化。(home.web.cern.ch)
残余核力
质子和中子各自都是色中性的，但其内部的强相互作用动力学会在它们之间产生有效相互作用。这种核力通常称为残余强相互作用，能够克服带正电的质子之间的电磁斥力，使原子核结合在一起。它并不是一种独立的基本相互作用，而是源于支配夸克和胶子的同一套底层 QCD 动力学。(energy.gov)
核力的作用范围很短，主要在约几飞米的距离尺度上产生显著影响，其中一飞米等于 米。其作用距离最长的部分可用π介子的交换来描述，π介子是最轻的强子。核相互作用并非在所有距离上都表现为吸引：根据实验确定的核子—核子势，在中等距离上呈现吸引，而在短距离上则具有强烈排斥的核心。核相互作用还取决于粒子的自旋组态。(jlab.org)
因此，不能把核力的有限作用范围理解为基本夸克—胶子相互作用在某个距离上简单地截断。带色组分的禁闭与色中性核子之间的相互作用，是强相互作用动力学的不同表现，需要采用不同的描述方式。(indico.cern.ch)
质量与强相互作用物质
强相互作用对于普通物质的质量起源至关重要。组成质子的夸克具有很小的固有质量，这些质量仅占质子总质量的一小部分。质子的绝大部分质量来自夸克的运动，以及胶子场及其相互作用所具有的能量。因此，不能仅将三个组成质子的基本粒子的质量相加，就认为解释了质子的质量。实验正在探究这种由动力学产生的质量如何分布在质子内部。(science.osti.gov)
在温度和密度足够高的条件下，强相互作用物质可以形成夸克—胶子等离子体，其中的夸克和胶子不再被禁闭在单个强子内部。这种物质曾存在于早期宇宙中，如今人们通过大型强子对撞机等设施开展重离子碰撞实验来研究它。高能喷注穿过等离子体时会损失能量；这种“喷注淬火”现象可以提供有关介质性质的信息。(home.web.cern.ch)
理论发展与研究方法
最初，人们通过描述质子和中子之间相互作用的模型来研究核力。1935 年，汤川秀树提出，交换一种具有质量的粒子可以解释核力的有限作用范围；后来，π介子被确认为描述核力最长程部分的相关交换粒子。随后发展的夸克—胶子描述，为这些核力模型提供了更基本的理论框架。(jlab.org)
1973 年，戴维·格罗斯、弗兰克·维尔切克和戴维·波利策发现了非阿贝尔规范理论中的渐近自由，为 QCD 奠定了关键基础。他们因这一发现获得了 2004 年诺贝尔物理学奖。(nobelprize.org)
在低能条件下，通常的微扰展开不再可靠，格点量子色动力学则在离散化的时空上对该理论进行数值计算。它提供了一条从夸克—胶子动力学推导强子性质和核相互作用的途径。散射实验、喷注测量和重离子碰撞则提供相互补充的检验手段，覆盖强相互作用的弱耦合与强耦合区域。(arxiv.org)