Kvantová chromodynamika (QCD), ve fyzice, teorie, která popisuje působení silné síly. QCD byl konstruován analogicky s kvantovou elektrodynamikou (QED), teorií kvantového pole elektromagnetické síly. V QED jsou elektromagnetické interakce nabitých částic popisovány prostřednictvím emise a následné absorpce bezhmotných fotonů, nejlépe známých jako „částice“ světla; takové interakce nejsou možné mezi nenabitými elektricky neutrálními částicemi. Foton je v QED popsán jako částice „nosič síly“, která zprostředkovává nebo přenáší elektromagnetickou sílu. Analogicky s QED kvantová chromodynamika předpovídá existenci částic nosiče síly nazývaných gluony, které přenášejí silnou sílu mezi částicemi hmoty, které nesou „barvu“, formu silného „náboje“. Silná síla je proto ve svém účinku omezena na chování elementárních subatomických částic zvaných kvarky a složených částic vytvořených z kvarků - jako jsou známé protony a neutrony, které tvoří atomová jádra, jakož i exotičtější nestabilní částice zvané mesony.
subatomická částice: Kvantová chromodynamika: Popis silné síly
Již v roce 1920, kdy Ernest Rutherford jmenoval proton a přijal jej jako základní částici, bylo jasné, že elektromagnetický
V roce 1973 evropský fyzik Harald Fritzsch a Heinrich Leutwyler společně s americkým fyzikem Murrayem Gell-Mannem vyvinuli koncept barvy jako zdroje „silného pole“ do teorie QCD. Využívali zejména obecnou teorii pole vyvinutou v 50. letech 20. století Chen Ning Yangem a Robertem Millsem, ve kterých mohou částice nosiče síly vyzařovat další částice nosiče. (Toto je odlišné od QED, kde fotony nesoucí elektromagnetickou sílu nevyzařují další fotony.)
V QED existuje pouze jeden typ elektrického náboje, který může být kladný nebo záporný - ve skutečnosti to odpovídá náboji a antikarge. Naproti tomu pro vysvětlení chování kvarků v QCD musí existovat tři různé typy barevného náboje, z nichž každý se může vyskytovat jako barva nebo zbarvení. Tyto tři typy nábojů se nazývají červeně, zeleně a modře analogicky s primárními barvami světla, ačkoli v obvyklém smyslu neexistuje vůbec žádná souvislost s barvou.
Barevně neutrální částice se vyskytují jedním ze dvou způsobů. V baryonech - subatomických částicích vytvořených ze tří kvarků, jako jsou například protony a neutrony - jsou všechny tři kvarky odlišné barvy a směs těchto tří barev vytváří částici, která je neutrální. Mezony jsou naproti tomu postaveny z dvojic kvarků a antikvarků, jejich protějšků antihmoty, a v nich antikvora antikvaru neutralizuje barvu kvarku, stejně jako se pozitivní a negativní elektrické náboje navzájem ruší a vytvářejí elektricky neutrální objekt.
Kvarky interagují prostřednictvím silné síly výměnou částic nazývaných gluony. Na rozdíl od QED, kde jsou vyměněné fotony elektricky neutrální, nesou gluony QCD také barevné náboje. Aby se umožnily všechny možné interakce mezi třemi barvami kvarků, musí existovat osm gluonů, z nichž každý obvykle nese směs barvy a anticolouru jiného druhu.
Protože gluony nesou barvu, mohou mezi sebou interagovat, a tím se chování silné síly jemně liší od elektromagnetické síly. QED popisuje sílu, která se může rozšířit napříč nekonečným dosahem prostoru, ačkoli síla se stává slabší, jak se vzdálenost mezi dvěma náboji zvětšuje (dodržují inverzní čtvercový zákon). V QCD však interakce mezi gluony emitovanými barevnými náboji zabraňují tomu, aby byly tyto náboje roztaženy. Místo toho, pokud je například investováno dostatečné množství energie do pokusu vyřadit kvark z protonu, výsledkem je vytvoření dvojice kvark-antikvark - jinými slovy, meson. Tento aspekt QCD ztělesňuje pozorovanou povahu silné síly krátkého dosahu, která je omezena na vzdálenost asi 10 - 15 metrů, kratší než je průměr atomového jádra. Vysvětluje také zjevné uvěznění kvarků - to znamená, že byly pozorovány pouze ve vázaných složených stavech v baryonech (jako jsou protony a neutrony) a mezony.
