Cromodinamica cuantică (QCD), în fizică, teoria care descrie acțiunea forței puternice. QCD a fost construit în analogie cu electrodinamica cuantică (QED), teoria cuantică a câmpurilor a forței electromagnetice. În QED, interacțiunile electromagnetice ale particulelor încărcate sunt descrise prin emisia și absorbția ulterioară a fotonilor fără masă, mai cunoscuți ca „particule” de lumină; astfel de interacțiuni nu sunt posibile între particule neîncărcate, neutre electric. Fotonul este descris în QED ca particulă „purtător de forță” care mediază sau transmite forța electromagnetică. Prin analogie cu QED, cromodinamica cuantică prezice existența particulelor purtătoare de forță numite gluoni, care transmit forța puternică între particulele de materie care poartă „culoare”, o formă de „încărcare puternică”. Prin urmare, forța puternică este limitată la comportamentul particulelor subatomice elementare numite quark și a particulelor compuse construite din quark - cum ar fi protonii și neutronii familiari care alcătuiesc nuclei atomici, precum și particule instabile mai exotice numite mezoane.
particule subatomice: Cromodinamica cuantică: descrierea forței puternice
Încă din 1920, când Ernest Rutherford a numit protonul și l-a acceptat ca o particulă fundamentală, era clar că electromagneticul
În 1973, conceptul de culoare ca sursă a unui „câmp puternic” a fost dezvoltat în teoria QCD de către fizicienii europeni Harald Fritzsch și Heinrich Leutwyler, împreună cu fizicianul american Murray Gell-Mann. În special, ei au folosit teoria generală a câmpurilor dezvoltată în anii 1950 de către Chen Ning Yang și Robert Mills, în care particulele purtătoare ale unei forțe pot radia ele însele alte particule purtătoare. (Aceasta este diferită de QED, unde fotonii care poartă forța electromagnetică nu radiază fotoni suplimentari.)
În QED există un singur tip de încărcare electrică, care poate fi pozitivă sau negativă - de fapt, aceasta corespunde sarcinii și anticargării. Pentru a explica comportamentul quark-urilor în QCD, în schimb, trebuie să existe trei tipuri diferite de încărcare a culorii, fiecare putând apărea sub formă de culoare sau anticolor. Cele trei tipuri de încărcare sunt numite roșu, verde și albastru, în analogie cu culorile primare ale luminii, deși nu există nicio legătură cu culoarea în sensul obișnuit.
Particulele neutre de culoare apar într-unul din două moduri. În baroni - particule subatomice construite din trei quark-uri, cum ar fi, de exemplu, protoni și neutroni - cele trei quark-uri au fiecare culoare diferită și un amestec din cele trei culori produce o particulă care este neutră. Mesonurile, pe de altă parte, sunt construite din perechi de quark și antiquarks, omologii lor antimaterie, iar în acestea anticolorul antiquark neutralizează culoarea quark-ului, la fel cum încărcările electrice pozitive și negative se anulează reciproc pentru a produce un neutru electric. obiect.
Quark-urile interacționează prin forța puternică schimbând particule numite gluoni. Spre deosebire de QED, în cazul în care fotonii schimbați sunt neutre din punct de vedere electric, gluonii QCD suportă și sarcini de culoare. Pentru a permite toate interacțiunile posibile între cele trei culori de quark, trebuie să existe opt gluoni, fiecare având în general un amestec de o culoare și un anticolor de alt tip.
Deoarece gluonii poartă culoare, aceștia pot interacționa între ei, iar acest lucru face ca comportamentul forței puternice să fie subtil diferit de forța electromagnetică. QED descrie o forță care se poate extinde pe distanțe infinite ale spațiului, deși forța devine mai slabă pe măsură ce distanța dintre două sarcini crește (ascultând o lege pătrată inversă). Cu toate acestea, în QCD, interacțiunile dintre gluoni emise de încărcările de culoare împiedică despăgubirile respective. În schimb, dacă se investește suficientă energie în încercarea de a elimina un quark dintr-un proton, de exemplu, rezultatul este crearea unei perechi quark-antiquark - cu alte cuvinte, o mezon. Acest aspect al QCD întruchipează observat natura rază scurtă de acțiune a forței puternice, care se limitează la o distanță de aproximativ 10 -15 metri, mai scurt decât diametrul unui nucleu atomic. Aceasta explică, de asemenea, limitarea aparentă a quark-ului, adică au fost observate numai în stări compozite legate în barioni (cum ar fi protoni și neutroni) și mezoane.
