Kvantna kromodinamika (QCD), v fiziki pa teorija, ki opisuje delovanje močne sile. QCD je bil zgrajen po analogiji s kvantno elektrodinamiko (QED), teorijo kvantnega polja elektromagnetne sile. V QED so elektromagnetne interakcije nabitih delcev opisane z oddajanjem in kasnejšo absorpcijo brezmasnih fotonov, najbolj znanih kot "delci" svetlobe; take interakcije med neobremenjenimi, električno nevtralnimi delci niso možne. Foton je v QED opisan kot delček "nosilec sile", ki posreduje ali oddaja elektromagnetno silo. Po analogiji s QED kvantna kromodinamika napoveduje obstoj delcev nosilcev sile, imenovanih gluoni, ki prenašajo močno silo med delci snovi, ki nosijo "barvo", obliko močnega "naboja". Močna sila je torej omejena na obnašanje elementarnih subatomskih delcev, imenovanih kvarki, in sestavljenih delcev, zgrajenih iz kvarkov - na primer znanih protonov in nevtronov, ki sestavljajo atomska jedra, pa tudi bolj eksotičnih nestabilnih delcev, imenovanih mezoni.
subatomski delci: Kvantna kromodinamika: Opis močne sile
Že leta 1920, ko je Ernest Rutherford imenoval proton in ga sprejel kot temeljni delček, je bilo jasno, da je elektromagnetno
Leta 1973 je koncept barve kot vira močnega polja razvil v teorijo QCD evropska fizika Harald Fritzsch in Heinrich Leutwyler skupaj z ameriškim fizikom Murrayem Gell-Mannom. Zlasti so uporabili splošno teorijo polja, ki sta jo v 50. letih prejšnjega stoletja razvila Chen Ning Yang in Robert Mills, v kateri lahko nosilni delci sile sami sevajo nadaljnje nosilne delce. (To se razlikuje od QED, kjer fotoni, ki prenašajo elektromagnetno silo, ne sevajo nadaljnjih fotonov.)
V QED obstaja samo ena vrsta električnega naboja, ki je lahko pozitiven ali negativen - v resnici to ustreza polnjenju in preprečevanju polnjenja. Za razlago vedenja kvarkov v QCD pa morajo obstajati tri različne vrste barvnega naboja, od katerih se lahko vsak pojavlja kot barva ali barva. Tri vrste polnjenja se imenujejo rdeča, zelena in modra po analogiji s primarnimi barvami svetlobe, čeprav z običajno barvo ni povezave z barvo.
Barvno nevtralni delci se pojavijo na enega od dveh načinov. V barionih - subatomskih delcih, zgrajenih iz treh kvarkov, kot so na primer protoni in nevtroni - so trije kvarki vsake barve drugačni, mešanica treh barv pa tvori nevtralen delček. Mezoni so na drugi strani zgrajeni iz parov kvarkov in antikvarkov, njihovih protimikvarnih kolegic in v teh barvah antikvarke nevtralizira barvo kvarka, kolikor se pozitivni in negativni električni naboji med seboj odpovedujejo, da ustvarijo električno nevtralen objekt.
Kvarki medsebojno vplivajo z izmenjavo delcev, imenovanih gluoni. V nasprotju s QED, kjer so izmenjeni fotoni električno nevtralni, gluoni QCD prenašajo tudi barvne naboje. Da bi omogočili vse možne interakcije med tremi barvami kvarkov, mora biti osem gluonov, od katerih vsak na splošno nosi mešanico barve in drugačne barve.
Ker gluoni nosijo barvo, lahko medsebojno vplivajo, zaradi česar se vedenje močne sile subtilno razlikuje od elektromagnetne sile. QED opisuje silo, ki se lahko razširi na neskončne dosege prostora, čeprav sila oslabi, ko se razdalja med dvema nabojema povečuje (ob upoštevanju zakona obratnega kvadrata). Vendar v QCD-ju medsebojni vplivi gluonov, ki jih oddajajo barvni naboji, preprečujejo, da bi se ti naboji raztrgali. Če namesto tega vložimo dovolj energije v poskus, da bi kvark izrinili iz protona, je rezultat ustvarjanje para kvark-antikvark - z drugimi besedami, meson. Ta vidik QCD uteleša opaženo naravo močne sile na kratkem dosegu, ki je omejena na razdaljo približno 10–15 metrov, krajšo od premera atomskega jedra. Pojasnjuje tudi navidezno omejenost kvarkov - to so jih opazili le v vezanih sestavljenih stanjih v barionih (kot so protoni in nevtroni) in mezoni.
