Kvantkromodynamiken

Kvantkromodynamiken (QCD) är teorin som beskriver stark växelverkan mellan kvarkar och gluoner inom Standardmodellen. Den är en icke-Abelsk gaugateori baserad på färg SU(3). Kvarkar bär färgladdning, gluoner bär färg och antikolor och fungerar som mediatorer för den starka kraften.

Färgkonfinering innebär att färgburna partiklar inte observeras i fri form; vid låga energier bildas färgneutrala bound states som mesoner och baryoner. Vid mycket höga energi uppträder asymptotisk frihet, vilket gör att interaktionen blir svag och perturbativ beräkning är möjlig.

Lagrangianen beskriver hur kvarkar interagerar med gluoner genom färgfältet och är formulerad i termer av färg SU(3) gauge-invarians. Stark kraftens styrka varierar med energin, i huvudsak enligt beta-funktionen. Denna dynamik förklarar bland annat hadronspektrum och dynamisk massbildning, där kvarkarnas aktiva massor delvis härrör från interaktionen med gluoner.

Experimentell evidens kommer från djupa inelastiska spridningar, jets i högenergikollisioner, hadronspektroskopi och lattice QCD-simuleringar som behandlar icke-perturbativa effekter. QCD är en central del av Standardmodellen och definieras av Lambda_QCD som energiskalan där couplingen blir stark.

Historiskt var idén om asymptotisk frihet avgörande: Gross, Wilczek och Politzer visade detta 1973, vilket lade grunden för QCD.