Квантова хромодинамика (QCD), във физиката теорията, която описва действието на силната сила. QCD е конструиран по аналогия с квантовата електродинамика (QED), теорията на квантовото поле на електромагнитната сила. В QED електромагнитните взаимодействия на заредените частици са описани чрез излъчване и последващо абсорбиране на безмасови фотони, най-известни като "частиците" на светлината; такива взаимодействия не са възможни между незаредени, електрически неутрални частици. Фотонът е описан в QED като "частица-носител на сила", която посредничи или предава електромагнитната сила. По аналогия с QED, квантовата хромодинамика предсказва съществуването на частици, носители на сила, наречени глуони, които предават силната сила между частиците от материята, които носят "цвят", форма на силен "заряд". Следователно силната сила е ограничена по своя ефект до поведението на елементарни субатомни частици, наречени кварки, и на съставни частици, изградени от кварки - като познатите протони и неутрони, изграждащи атомни ядра, както и повече екзотични нестабилни частици, наречени мезони.
субатомна частица: Квантова хромодинамика: Описва силната сила
Още през 1920 г., когато Ърнест Ръдърфорд нарече протона и го прие като основна частица, беше ясно, че електромагнитният
През 1973 г. концепцията за цвета като източник на „силно поле“ е разработена в теорията за QCD от европейските физици Харалд Фриц и Хайнрих Лютвилер, заедно с американския физик Мъри Гел-Ман. По-конкретно, те използваха общата теория на полето, разработена през 50-те години на миналия век от Чен Нинг Ян и Робърт Милс, в която носещите частици на сила могат сами да излъчват допълнителни частици-носители. (Това е различно от QED, където фотоните, които носят електромагнитната сила, не излъчват допълнителни фотони.)
В QED има само един тип електрически заряд, който може да бъде положителен или отрицателен - в действителност това съответства на заряд и анти-заряд. За да се обясни поведението на кваркове в QCD, за разлика от това, трябва да има три различни типа цветен заряд, всеки от които може да се прояви като цвят или антиколор. Трите типа заряд се наричат червено, зелено и синьо по аналогия с основните цветове на светлината, въпреки че няма никаква връзка с цвета в обичайния смисъл.
Цветните неутрални частици се срещат по един от двата начина. В бариони - субатомни частици, изградени от три кварка, като например протони и неутрони - всеки три кварка са с различен цвят, а смес от трите цвята произвежда частица, която е неутрална. Мезоните, от друга страна, са построени от двойки кварки и антикварки, техните антиматериални колеги и в тях антиколорът на антиквар неутрализира цвета на кварка, тъй като положителните и отрицателните електрически заряди се отменят взаимно, за да произведат електрически неутрален обект.
Кварки взаимодействат чрез силната сила, като обменят частици, наречени глуони. За разлика от QED, където обменяните фотони са електрически неутрални, глуоните на QCD също носят цветни заряди. За да позволят всички възможни взаимодействия между трите цвята на кваркове, трябва да има осем глуона, всеки от които обикновено носи смес от цвят и антиколор от различен вид.
Тъй като глуоните носят цвят, те могат да си взаимодействат помежду си и това прави поведението на силната сила фино различно от електромагнитната сила. QED описва сила, която може да се простира в безкрайни обхвати на пространството, въпреки че силата става по-слаба с увеличаването на разстоянието между два заряда (подчинявайки се на обратния квадрат). В QCD обаче взаимодействията между глуоните, излъчвани от цветни заряди, предотвратяват разделянето на тези заряди. Вместо това, ако се вложи достатъчно енергия в опит да се извади кварк от протона, резултатът е създаването на двойка кварк-антикварк - с други думи, мезон. Този аспект на КХД въплъщава наблюдавания къси разстояния естеството на силна сила, която е ограничена на разстояние от около 10 -15 м, по-кратък от диаметъра на атомното ядро. Той също така обяснява очевидното ограничаване на кваркове - тоест те са наблюдавани само в свързани съставни състояния в бариони (като протони и неутрони) и мезони.
