Kvante kromodynamikk (QCD), i fysikk, teorien som beskriver virkningen av den sterke kraften. QCD ble konstruert i analogi med kvanteelektrodynamikk (QED), kvantefeltteorien for den elektromagnetiske kraften. I QED beskrives de elektromagnetiske interaksjonene mellom ladede partikler gjennom utslipp og etterfølgende absorpsjon av masseløse fotoner, best kjent som "partiklene" av lys; slike interaksjoner er ikke mulig mellom uladede, elektrisk nøytrale partikler. Fotonet er beskrevet i QED som “kraft-bærer” -partikkelen som medierer eller overfører den elektromagnetiske kraften. Analogt med QED, spår kvante kromodynamikk eksistensen av kraftbærerpartikler kalt gluoner, som overfører den sterke kraften mellom partikler av materie som har "farge", en form for sterk "ladning." Den sterke kraften er derfor begrenset i sin virkning til oppførselen til elementære subatomære partikler kalt kvarker og av sammensatte partikler bygd fra kvarker - for eksempel de kjente protoner og nøytroner som utgjør atomkjerner, så vel som mer eksotiske ustabile partikler kalt mesoner.
subatomisk partikkel: Kvantekromodynamikk: Beskriver den sterke kraften
Så tidlig som i 1920, da Ernest Rutherford navnga protonen og aksepterte den som en grunnleggende partikkel, var det tydelig at den elektromagnetiske
I 1973 ble begrepet farge som kilden til et "sterkt felt" utviklet til teori om QCD av europeiske fysikere Harald Fritzsch og Heinrich Leutwyler, sammen med den amerikanske fysikeren Murray Gell-Mann. Spesielt benyttet de seg av den generelle feltteorien som ble utviklet på 1950-tallet av Chen Ning Yang og Robert Mills, der bærerpartiklene til en styrke selv kan utstråle ytterligere bærpartikler. (Dette er forskjellig fra QED, der fotonene som bærer den elektromagnetiske kraften ikke utstråler ytterligere fotoner.)
I QED er det bare en type elektrisk ladning, som kan være positiv eller negativ - faktisk tilsvarer dette lading og antikladning. For å forklare oppførselen til kvarker i QCD, derimot, må det være tre forskjellige typer fargeladning, som hver kan forekomme som farge eller fargestoff. De tre ladingstypene kalles rød, grønn og blå i analogi med de primære fargene i lys, selv om det overhodet ikke er noen forbindelse med farge i vanlig forstand.
Fargenøytrale partikler forekommer på en av to måter. I baryoner - subatomære partikler bygget av tre kvarker, som for eksempel protoner og nøytroner - er de tre kvarkene hver av en annen farge, og en blanding av de tre fargene produserer en partikkel som er nøytral. Mesoner er derimot bygd av par av kvarker og antikvarker, deres antimaterielle motstykker, og i disse nøytraliserer antikvarens farge på kvarken, like positive og negative elektriske ladninger avbryter hverandre for å produsere en elektrisk nøytral gjenstand.
Kvarker samhandler via den sterke kraften ved å bytte ut partikler som kalles gluoner. I motsetning til QED, der fotonene som utveksles er elektrisk nøytrale, bærer også gluonene til QCD fargelader. For å tillate alle mulige interaksjoner mellom de tre fargene på kvarker, må det være åtte gluoner, som hver generelt har en blanding av en farge og en fargestoff av en annen type.
Fordi gluoner bærer farge, kan de samhandle seg imellom, og dette gjør atferden til den sterke kraften subtilt forskjellig fra den elektromagnetiske kraften. QED beskriver en styrke som kan strekke seg over uendelige rekkevidde av rommet, selv om styrken blir svakere etter hvert som avstanden mellom to ladninger øker (adlyder en omvendt firkantet lov). I QCD forhindrer imidlertid samspillet mellom gluoner som avgis av fargelader at disse ladningene blir trukket fra hverandre. I stedet, hvis det investeres tilstrekkelig energi i forsøket på å slå en kvark ut av et proton, for eksempel, er resultatet opprettelsen av et kvark-antikvarkspar - med andre ord en meson. Dette aspektet av QCD legemliggjør den observerte kortdistanse-naturen til den sterke kraften, som er begrenset til en avstand på ca. 10-15 meter, kortere enn diameteren til en atomkjerne. Det forklarer også den tilsynelatende innesperringen av kvarker - det vil si at de bare er observert i bundne sammensatte tilstander i baryoner (som protoner og nøytroner) og mesoner.
