Kvantkromodynamik (QCD), i fysik, teorin som beskriver handlingen av den starka kraften. QCD konstruerades analogt med kvantelektrodynamik (QED), kvantfältteorin för den elektromagnetiska kraften. I QED beskrivs de elektromagnetiska växelverkningarna mellan laddade partiklar genom emission och efterföljande absorption av masslösa fotoner, bäst kända som "partiklar" av ljus; sådana interaktioner är inte möjliga mellan oladdade, elektriskt neutrala partiklar. Fotonen beskrivs i QED som "kraftbärare" -partikeln som medierar eller överför den elektromagnetiska kraften. Analogt med QED förutsäger kvantkromodynamik förekomsten av kraftbärarpartiklar som kallas gluoner, som överför den starka kraften mellan partiklar av materia som bär "färg", en form av stark "laddning". Den starka kraften begränsas därför i sin effekt till beteendet hos elementära subatomära partiklar som kallas kvarkar och kompositpartiklar byggda av kvarkar - såsom de välkända protonerna och neutronerna som utgör atomkärnor, såväl som mer exotiska instabila partiklar som kallas mesoner.
subatomic partikel: Kvantkromodynamik: Beskriver den starka kraften
Redan 1920, när Ernest Rutherford gav namnet protonen och accepterade den som en grundläggande partikel, var det tydligt att den elektromagnetiska
År 1973 utvecklades begreppet färg som källa till ett "starkt fält" till teorin om QCD av europeiska fysiker Harald Fritzsch och Heinrich Leutwyler, tillsammans med den amerikanska fysikern Murray Gell-Mann. I synnerhet utnyttjade de den allmänna fältteorin som utvecklades på 1950-talet av Chen Ning Yang och Robert Mills, där bärkraftpartiklarna i en kraft själva kan utstråla ytterligare bärarpartiklar. (Detta skiljer sig från QED, där fotonerna som bär den elektromagnetiska kraften inte utstrålar ytterligare fotoner.)
I QED finns det bara en typ av elektrisk laddning, som kan vara positiv eller negativ - i själva verket motsvarar det laddning och anticharge. För att förklara kvarkers beteende i QCD måste det däremot finnas tre olika typer av färgladdningar, som var och en kan förekomma som färg eller färg. De tre laddningstyperna kallas rött, grönt och blått i analogi med de primära färgerna i ljus, även om det inte finns någon koppling med färg i vanlig mening.
Färgneutrala partiklar förekommer på två sätt. I baryoner - subatomära partiklar byggda av tre kvarkar, som till exempel protoner och neutroner - har de tre kvarkarna var och en av en annan färg, och en blandning av de tre färgerna producerar en partikel som är neutral. Mesoner är å andra sidan byggda av par av kvarkar och antikvarkar, deras antimateriella motsvarigheter, och i dessa neutraliserar antikvolfärgen kvarkens färg, så mycket som positiva och negativa elektriska laddningar avbryter varandra för att producera en elektriskt neutral objekt.
Kvarkar samverkar via den starka kraften genom att byta ut partiklar som kallas gluoner. I motsats till QED, där fotonerna som utbyts är elektriskt neutrala, har QON-gluoner också färgladdningar. För att möjliggöra alla möjliga interaktioner mellan de tre kvarkfärgerna, måste det finnas åtta gluoner, som var och en innehåller en blandning av en färg och en färg av en annan typ.
Eftersom gluoner bär färg kan de interagera med varandra, och detta gör beteendet hos den starka kraften subtilt annorlunda från den elektromagnetiska kraften. QED beskriver en kraft som kan sträcka sig över oändliga räckvidd, även om kraften blir svagare när avståndet mellan två laddningar ökar (lydnad av en omvänd kvadratisk lag). I QCD förhindrar emellertid växelverkningarna mellan gluoner som avges av färgladdningar att dessa laddningar dras isär. Istället, om tillräckligt med energi investeras i försöket att slå en kvark ur en proton, till exempel, är resultatet skapandet av ett kvark-antikvarkpar - med andra ord en meson. Denna aspekt av QCD förkroppsligar den observerade korta räckvidden hos den starka kraften, som är begränsad till ett avstånd på cirka 10-15 meter, kortare än diametern för en atomkärna. Det förklarar också den uppenbara inneslutningen av kvarkar - det vill säga de har bara observerats i bundna sammansatta tillstånd i baryoner (som protoner och neutroner) och mesoner.
