Kvantna kromodinamika (QCD), u fizici, teorija koja opisuje djelovanje jake sile. QCD je konstruiran analogno kvantnoj elektrodinamici (QED), teoriji kvantnog polja elektromagnetske sile. U QED-u su opisane elektromagnetske interakcije nabijenih čestica emisijom i kasnijom apsorpcijom bezmasnih fotona, najpoznatijih kao "čestice" svjetlosti; takve interakcije nisu moguće između neispranih, električno neutralnih čestica. Foton je u QED-u opisan kao čestica "nosač sile" koja posreduje ili prenosi elektromagnetsku silu. Analogno QED-u, kvantna kromodinamika predviđa postojanje čestica nosača sile koje se nazivaju gluoni, a koji prenose jaku silu između čestica materije koje nose "boju", oblik snažnog "naboja". Snažna sila je stoga ograničena svojim učinkom na ponašanje elementarnih subatomskih čestica zvanih kvarkovi i kompozitnih čestica izgrađenih od kvarkova - poput poznatih protona i neutrona koji čine atomska jezgra, kao i više-egzotičnih nestabilnih čestica koje se nazivaju mezoni.
subatomske čestice: Kvantna kromodinamika: Opisivanje jake sile
Već 1920. godine, kada je Ernest Rutherford imenovao proton i prihvatio ga kao temeljnu česticu, bilo je jasno da elektromagnetska
1973. koncept boje kao izvora „jakog polja“ razvio je u teoriju QCD europski fizičari Harald Fritzsch i Heinrich Leutwyler, zajedno s američkim fizičarem Murrayem Gell-Mannom. Konkretno, oni su koristili opću teoriju polja koju su 1950-ih razvili Chen Ning Yang i Robert Mills, u kojoj čestice nosača sile mogu sami zračiti daljnjim česticama nosača. (Ovo se razlikuje od QED-a, gdje fotoni koji nose elektromagnetsku silu ne zrače dalje fotone.)
U QED-u postoji samo jedna vrsta električnog naboja, koji može biti pozitivan ili negativan - u stvari, to odgovara naelektrisanju i napuhanju. Da bi se objasnilo ponašanje kvarkova u QCD-u, nasuprot tome, moraju postojati tri različite vrste naboja u boji, od kojih se svaka može pojaviti u boji ili anticolour. Tri vrste naboja nazivaju se crvena, zelena i plava analogno osnovnim bojama svjetlosti, iako nema veze s bojom u uobičajenom smislu.
Čestice koje ne sadrže boju javljaju se na jedan od dva načina. U barionima - subatomskim česticama izgrađenim iz tri kvarka, kao što su, na primjer, protoni i neutroni - svaka tri kvarka su različite boje, a mješavina tri boje stvara čest koja je neutralna. Mezoni, s druge strane, izgrađeni su od parova kvarkova i antikvarkova, njihovih kolega za antimateriju, a u tim bojama antikvarijata neutralizira se boja kvarka, koliko god se pozitivni i negativni električni naboji međusobno poništavaju da proizvedu električno neutralni objekt.
Kvarkovi međusobno djeluju jakom silom izmjenjujući čestice zvane gluoni. Za razliku od QED-a, gdje su izmjenjeni fotoni električno neutralni, gluoni QCD-a nose i naboje u boji. Kako bi se omogućile sve moguće interakcije između tri boje kvarkova, mora postojati osam gluona, od kojih svaki obično sadrži mješavinu različitih boja i antikolornih boja.
Zbog toga što gluoni nose boju, oni mogu međusobno komunicirati, a to razlikuje ponašanje snažne sile od elektromagnetske sile. QED opisuje silu koja se može proširiti na beskonačne domete prostora, iako sila postaje slabija kako se razmak između dva naboja povećava (poštujući obrnuti kvadratni zakon). Međutim, u QCD-u, interakcije između gluona koje emitiraju naboji u boji sprječavaju da se ti naboji razdvoje. Umjesto toga, ako se uloži dovoljno energije u pokušaj izbacivanja kvarka iz, primjerice, protona, rezultat je stvaranje para kvark-antikvark - drugim riječima, meson. Ovaj aspekt QCD utjelovljuje uočenu prirodu jake sile kratkog dometa koja je ograničena na udaljenost od oko 10 −15 metara, kraću od promjera atomskog jezgra. Objašnjava i prividno ograničenje kvarkova - to jest, primijećeni su samo u povezanim kompozitnim stanjima u barionima (poput protona i neutrona) i mezonima.
