Kvantová chromodynamika (QCD), vo fyzike, teória, ktorá opisuje pôsobenie silnej sily. QCD bol skonštruovaný analogicky s kvantovou elektrodynamikou (QED), teóriou kvantového poľa elektromagnetickej sily. V QED sú elektromagnetické interakcie nabitých častíc opísané prostredníctvom emisie a následnej absorpcie bezhmotných fotónov, najlepšie známych ako „častice“ svetla; takéto interakcie nie sú možné medzi nenabitými elektricky neutrálnymi časticami. Fotón je v QED opísaný ako častica „nosič sily“, ktorá sprostredkuje alebo prenáša elektromagnetickú silu. Analogicky s QED kvantová chromodynamika predpovedá existenciu častíc nosiča sily nazývaných gluóny, ktoré prenášajú silnú silu medzi časticami hmoty, ktoré nesú „farbu“, formu silného „náboja“. Silná sila je preto obmedzená svojím účinkom na správanie elementárnych subatomárnych častíc nazývaných kvarky a zložených častíc vytvorených z kvarkov - ako sú známe protóny a neutróny, ktoré tvoria atómové jadrá, ako aj exotickejšie nestabilné častice nazývané mezóny.
subatomická častica: Kvantová chromodynamika: Opis silnej sily
Už v roku 1920, keď Ernest Rutherford vymenoval protón a prijal ho ako základnú časticu, bolo jasné, že elektromagnetický
V roku 1973 sa koncept farby ako zdroja „silného poľa“ vyvinul do teórie QCD európskymi fyzikmi Haraldom Fritzschom a Heinrichom Leutwylerom, spolu s americkým fyzikom Murrayom Gell-Mannom. Používali najmä všeobecnú teóriu poľa vyvinutú v 50-tych rokoch 20. storočia Chen Ning Yangom a Robertom Millsom, v ktorých nosné častice sily môžu samy vyžarovať ďalšie nosné častice. (Toto sa líši od QED, kde fotóny, ktoré nesú elektromagnetickú silu, nevyžarujú ďalšie fotóny.)
V QED existuje iba jeden druh elektrického náboja, ktorý môže byť kladný alebo záporný - v skutočnosti to zodpovedá náboju a antikarte. Na vysvetlenie správania kvarkov v QCD je potrebné, aby existovali tri rôzne typy farebných nábojov, z ktorých každý sa môže vyskytovať ako farba alebo farebná farba. Tieto tri typy nábojov sa nazývajú červená, zelená a modrá analogicky k primárnym farbám svetla, hoci v obvyklom zmysle neexistuje žiadna súvislosť s farbou.
Farebne neutrálne častice sa vyskytujú jedným z dvoch spôsobov. V baryónoch - subatomických časticiach zostavených z troch kvarkov, ako napríklad protónov a neutrónov - sú všetky tri kvarky odlišnej farby a zmes týchto troch farieb vytvára neutrálnu časticu. Mesóny sú naproti tomu postavené z dvojíc kvarkov a antikvarkov, ich náprotivkov antihmoty a v nich antikvárna farba antikvarkov neutralizuje farbu kvarku, rovnako ako sa navzájom pozitívne a negatívne elektrické náboje rušia, aby vytvorili elektricky neutrálny objekt.
Kvarky interagujú prostredníctvom silnej sily výmenou častíc nazývaných gluóny. Na rozdiel od QED, kde sú vymenené fotóny elektricky neutrálne, gluóny QCD tiež nesú farebné náboje. Aby sa umožnili všetky možné interakcie medzi tromi farbami kvarkov, musí existovať osem gluónov, z ktorých každý vo všeobecnosti nesie zmes farby a zafarbenia iného druhu.
Pretože gluóny nesú farbu, môžu medzi sebou interagovať, a preto sa správanie silnej sily jemne odlišuje od elektromagnetickej sily. QED popisuje silu, ktorá sa môže rozprestierať cez nekonečné dosahy vesmíru, hoci sila sa stáva slabšou, keď sa vzdialenosť medzi dvoma nábojmi zväčšuje (dodržiavajúc inverzný štvorcový zákon). V QCD však interakcie medzi gluónmi emitovanými farebnými nábojmi bránia tomu, aby sa tieto náboje oddelili. Namiesto toho, ak sa napríklad investuje dostatočné množstvo energie do pokusu vyradiť kvark z protónu, výsledkom je vytvorenie páru kvark-antikvark - inými slovami mezón. Tento aspekt QCD stelesňuje pozorovanú povahu silnej sily krátkeho dosahu, ktorá je obmedzená na vzdialenosť asi 10 až 15 metrov, kratšiu ako je priemer atómového jadra. Vysvetľuje tiež zjavné zadržiavanie kvarkov - to znamená, že boli pozorované iba vo viazaných zložených stavoch v baryónoch (ako sú protóny a neutróny) a mezóny.
