Kvantkromodünaamika

Kvantkromodünaamika on kvantväljateooria, mis kirjeldab tugevat ehk värvusjõudu, ühte elementaarsete osakeste fundamentaalsetest vastastikmõjudest. See teooria on osa standardmudelist ja selle peamiseks uurimisobjektiks on kvarkide ja gluonide vahelised interaktsioonid. Kvargid on fundamental osakesed, mis moodustavad hadronid nagu prootonid ja neutronid, ning gluonid on jõukandjad, mis seovad kvarke kokku.

Tugeva vastastikmõju eripära on selle mitte-abelliuse tähendus, mis erineb elektromagnetvälja kirjeldavast kvantelektrodünaamikast. Tugeva vastastikmõju üks võtmetunnuseid on värviline laeng, mis sarnaneb elektrilaenguga, kuid on keerulisem. Kvarkidel on kolme tüüpi värvilaengut: punane, roheline ja sinine. Glüonid kannavad kahte värvilaengut korraga, näiteks punane-antisinine. See värvilaengu omadus põhjustab tugeva vastastikmõju omadusi, nagu värvusvangistus ja asümptootiline vabadus.

Värvusvangistus tähendab, et kvarke ja glüoneid ei saa kunagi isoleerida, vaid nad esinevad alati hadronite sees. Mida suuremat pingutust tehakse kvarkide eraldamiseks, seda tugevamaks muutub tõmbejõud nende vahel, kuni tekib uusi kvark-antimark paare, mis moodustavad uusi hadroneid. Asümptootiline vabadus kirjeldab aga seda, et kõrgetel energiatel ehk väga väikestel kaugustel muutub tugev vastastikmõju nõrgemaks ja kvargid ja gluonid käituvad peaaegu vabalt. Kvantkromodünaamika kirjeldab ka hadronite masside teket, mis on peamiselt tingitud kvarkidevahelise vastastikmõju energiast.