Kvantekromodynamik

Kvantekromodynamik, ofta förkortad QCD, är teorin inom standardmodellen som beskriver den starka växelverkan mellan kvarkar och gluoner. Den utgår från färgkromodynamikens principer och är en icke‑Abelsk gauge-teori baserad på färg SU(3). Färg laddning bestämmer hur kvarkar och gluoner interagerar och hur de binds samman till färgneutrala hadroner.

Kvarkar förekommer i sex smaker och tre färger, medan gluonerna bär färg och anticolor och interagerar med varandra. Interaktionen beskrivs av QCD:s Lagrangian, som innehåller kvarkfält, gluonfält och deras koppling genom färgströmmar. Dessa egenskaper gör att stark växelverkan är mycket intensiv vid låga energier men blir svagare vid höga energier.

Centrala egenskaper är asymptotisk frihet och konfinement. Asymptotisk frihet innebär att kvarkar och gluoner beter sig nästan som fria partiklar vid mycket höga energi eller korta avstånd; konfinement innebär att färg laddning aldrig observeras i isolerad form utan kvarkar och gluoner uppträder endast i färgneutrala kombinationer som mesoner och baryoner.

Forskningen inom QCD använder perturbativ metodik på höga energi och icke‑perturbativa metoder såsom lattice QCD för stark växelverkan vid låga energi. Bevis för QCD kommer från djupa inelastiska spridningar, jetfenomen på hadronkollisioner och mätningar av den löpande couplingkonstanten αs.

QCD är en kärna i Standardmodellen och avgör hur protoner och neutroner fungerar, hur partonerna i protonen delar momentum, och hur mätningar görs i experiment på stora anläggningar som LHC och andra kolliders. Den fortsätter vara föremål för både teoretiska och numeriska studier.