Kvantna hromodinamika

U teoretskoj fizici, kvantna hromodinamika () je teorija jake interakcije kvarkova i gluona, fundamentalnih čestica koje sačinjavaju kompozitne hadrone kao što su protoni, neutroni i pioni. je nekomutativna gejdž kvantne teorije polja grupe simetrije SU(3). analog električnog naboja je svojstvo koje se naziva boja. Gluoni su nosioci sile teorije, kao što su fotoni za elektromagnetnu silu u kvantnoj elektrodinamici. Teorija je važan deo standardnog modela fizike čestica. Veliki broj eksperimentalnih dokaza za je prikupljen tokom godina.

ispoljava dva glavna svojstva:

• Ograničenje boje: Ovo je posledica konstantne sile između dva obojena naboja dok su razdvajaju. Da bi se povećalo razdvajanje između dva kvarka unutar hadrona, potrebne su sve veće količine energije. Na kraju, ova energija postaje toliko velika da spontano proizvodi par kvark-antikvark, pretvarajući početni hadron u par hadrona umesto da proizvodi izolovani obojeni naboj. Iako analitički nedokazano, ograničenje boje je dobro uspostavljeno iz kalkulacija rešetki i decenija eksperimenata.^[1]

• Asimptotska sloboda: postojana redukcija snage interakcija između kvarkova i gluona, kako se energetska skala tih interakcija povećava (a odgovarajuća skala dužine smanjuje). Asimptotičku slobodu -a otkrili su 1973. godine Dejvid Gros i Frenk Vilček,^[2] i nezavisno Dejvid Policer iste godine.^[3] Za ovaj rad su njih troje podelili Nobelovu nagradu za fiziku 2004. godine.^[4]

Terminologija

Fizičar Mari Gel-Man je skovao reč kvark u njenom sadašnjem smislu. Reč potiče od fraze „Tri kvarka za Mаster Markа” iz knjige Finegangovo bdenje Džejmsа Džojsа.^[5][6] Dana 27. juna 1978. Gel-Man je napisao privatno pismo uredniku Oksfordskog engleskog rečnika, u kojem je izjavio da je bio pod uticajem Džojsovih reči: „Aluzija na tri kvarka izgledala je savršeno.” (Originalno su bila otkrivena samo tri kvarka.)^[7]

Tri vrste naboja u (za razliku od jednog u kvantnoj elektrodinamici)^[8][9] obično se nazivaju „obojenim nabojima” po slobodnoj analogiji sa tri boje (crvena, zelena i plava) koje ljudi mogu da vide. Osim ove nomenklature, kvantni parametar boja je potpuno nepovezan sa svakodnevnim poznatim fenomenom boje.

Sila između kvarkova je poznata kao sila boje^[10][11] ili jaka interakcija, i odgovorna je za jaku nuklearnu silu.

Pošto se teorija električnog naboja naziva „elektrodinamika”, grčka reč χρῶμα „boja” se koristi u teoriji obojenog naboja, „hromodinamici”.

Istorija

Izumom komora sa mehurićima i varnične komore tokom 1950-ih, u eksperimentalnoj fizici čestica je otkriven veliki i stalno rastući broj čestica zvanih hadroni. Činilo se da zbog tako velikog broj čestica ne mogu sve da budu fundamentalne. Prvo su čestice klasifikovane po naelektrisanju i izospinu od strane Judžina Vignera i Vernera Hajzenberga; a zatim u periodu 1953–56,^[12][13][14] po čudnosti doprinosom Mari Gel-Mana i Kazuhiko Nišijime (pogledajte Gel-Man–Nišijiminu formulu). Da bi se stekao bolji uvid, hadroni su sortirani u grupe koje imaju slične osobine i mase upotrebom osmostrukog pristupa, koji su 1961. izumeli Gel-Man^[15] i Juval Ne'eman. Gel-Man i Džordž Cvejg, ispravljajući raniji pristup Šoičija Sakate, predložili su 1963. godine da se struktura grupa može objasniti postojanjem tri ukusa manjih čestica unutar hadrona: kvarkova.