Kvantkromodynamik

Kvantkromodynamik (QCD) är teorin inom partikelfysik som beskriver stark kraft mellan kvarkar och gluoner. Den är en del av standardmodellen och bygger på färg SU(3)-symmetri samt en icke-Abelsk gauge-teori. Kvarkar bär färgladdning och gluonerna, som själva bär färg, förmedlar den starka kraften mellan kvarkarna.

Gluonerna interagerar inte bara med kvarkar utan även med varandra, vilket är en konsekvens av den icke‑Abelska naturen hos färggrupperna. Denna egenskap gör starkkraften särskilt komplex och leder till starka icke‑perturbativa fenomen vid låga energier.

Två centrala begrepp i QCD är konfinement och asymptotisk frihet. Konfinement innebär att kvarkar och gluoner inte observeras fria utan bildar färgneutral-hadroner som mesoner och baryoner. Asymptotisk frihet innebär att den starka kopplingen blir svag vid mycket korta avstånd eller höga energier, vilket gör perturbativa beräkningar möjliga i högenergiska processer, medan låga energier domineras av icke‑perturbativa effekter.

QCD används framgångsrikt med olika metoder. Perturbativ QCD tillämpas i högenergi-processer som partonfysik och jets, medan icke-perturbativa tekniker som lattice QCD används för att beräkna hadronspektra, massa och deca constants samt termodynamiska egenskaper hos kvark-gluon plasman.

Historiskt byggde idén på arbete under 1970-talet som visade asymptotisk frihet av Gross, Wilczek och Politzer, vilket lade grunden till modern förståelse av stark kraft. Deras insatser prisades med Nobelpris 2004. Kvantkromodynamik utgör en grundsten i vår förståelse av partikelfysik och är central för tolkningen av experiment inom colliderfysik och kosmologi.