kvanttiväridynamiikka

Kvanttiväridynamiikka, usein lyhennettynä QCD (Quantum Chromodynamics), on hiukkasfysiikan standardimallin keskeinen teoria, joka kuvaa vahvaa vuorovaikutusta. Tämä vuorovaikutus sitoo kvarkit yhteen muodostamaan protoneja ja neutroneja sekä pitää protonit ja neutronit koossa atomiytimissä. QCD perustuu kvarkkien ja gluonien välisten vuorovaikutusten matemaattiseen kuvaukseen.

Kvarkit ovat alkeishiukkasia, joilla on sähkövarauksen lisäksi ominaisuus nimeltään värilataus. Värilatauksia on kolmea tyyppiä, joita usein kutsutaan punainen, vihreä ja sininen. Glonit ovat voimakkaita vuorovaikutuksia välittäviä hiukkasia, jotka itsekin kantavat värilatausta. Tämä eroaa esimerkiksi sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta, jossa välittäjähiukkaset, fotonit, ovat sähköisesti neutraaleja.

QCD:n merkittäviä piirteitä ovat asymptoottinen vapaus ja väriloukku. Asymptoottinen vapaus tarkoittaa, että korkeilla energioilla tai lyhyillä etäisyyksillä kvarkkien välinen vahva vuorovaikutus on hyvin heikko, ja ne käyttäytyvät lähes vapaina hiukkasina. Väriloukku sen sijaan ilmenee matalilla energioilla tai pitkillä etäisyyksillä, jolloin vahva vuorovaikutus voimistuu äärimmäisen voimakkaasti. Tämän vuoksi kvarkkeja ja gloneja ei havaita vapaina hiukkasina, vaan ne esiintyvät sidottuina hadronien, kuten protonien ja neutronien, sisällä. Kokeellinen todistus QCD:lle on saatu muun muassa syväepäelastisissa sirontakokeissa ja suihkujen havaitsemisessa hiukkaskiihdyttimissä.