ฟิสิกส์ควอนตัมควอนตัม

Quantody Chromodynamics (QCD)ในฟิสิกส์ทฤษฎีที่อธิบายการกระทำของแรงที่แข็งแกร่ง QCD ถูกสร้างขึ้นในการเปรียบเทียบกับควอนตัมไฟฟ้า (QED) ทฤษฎีสนามควอนตัมของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ใน QED ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุจะถูกอธิบายผ่านการปล่อยและการดูดซับโฟตอนที่ไม่มีมวลซึ่งเรียกกันว่า "อนุภาค" ของแสง ปฏิกิริยาดังกล่าวไม่สามารถทำได้ระหว่างอนุภาคที่ไม่มีประจุและเป็นกลางทางไฟฟ้า โฟตอนอธิบายไว้ใน QED ว่าเป็น“ อนุภาคพาหะนำพา” ที่เป็นสื่อกลางหรือส่งผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยการเปรียบเทียบกับ QED ควอนตัมโครโมโซมที่ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคพาหะที่เรียกว่ากลูออนซึ่งส่งแรงที่แข็งแกร่งระหว่างอนุภาคของสสารที่มี "สี" ซึ่งเป็น "ประจุ" ที่แข็งแกร่ง แรงที่มี จำกัด จึงส่งผลต่อพฤติกรรมของอนุภาคในระดับปฐมภูมิเรียกว่าควาร์กและอนุภาคคอมโพสิตที่สร้างขึ้นจากควาร์กเช่นโปรตอนและนิวตรอนที่คุ้นเคยซึ่งประกอบเป็นนิวเคลียสอะตอมรวมถึงอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า Mesons

อนุภาคย่อยของอะตอม: chromumnamics ควอนตัม: อธิบายถึงแรงที่แข็งแกร่ง

เร็วเท่าที่ปี 1920 เมื่อ Ernest Rutherford ตั้งชื่อโปรตอนและยอมรับว่าเป็นอนุภาคพื้นฐานมันก็ชัดเจนว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี 1973 แนวคิดเรื่องสีเป็นที่มาของ "สนามพลัง" ได้รับการพัฒนาเป็นทฤษฎีของ QCD โดยนักฟิสิกส์ชาวยุโรป Harald Fritzsch และ Heinrich Leutwyler พร้อมด้วยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Murray Gell-Mann โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาใช้ทฤษฎีภาคสนามทั่วไปที่พัฒนาขึ้นในปี 1950 โดยเฉินหนิงหยางและโรเบิร์ตมิลส์ซึ่งอนุภาคพาหะของแรงสามารถทำให้อนุภาคเปล่งพาหะเพิ่มขึ้น (สิ่งนี้แตกต่างจาก QED โดยที่โฟตอนที่มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าไม่แผ่โฟตอนเพิ่มเติม)

ใน QED มีประจุไฟฟ้าเพียงประเภทเดียวเท่านั้นที่สามารถบวกหรือลบได้ซึ่งก็คือประจุและ anticharge ในการอธิบายพฤติกรรมของควาร์กใน QCD โดยตรงกันข้ามจะต้องมีการชาร์จสีสามประเภทซึ่งแต่ละประเภทสามารถเกิดขึ้นได้เป็นสีหรือสี anticolour ประจุสามประเภทเรียกว่าแดงเขียวและน้ำเงินเปรียบเทียบกับสีหลักของแสงแม้ว่าจะไม่มีการเชื่อมต่อใด ๆ กับสีในความหมายปกติ

อนุภาคที่มีสีเป็นกลางเกิดขึ้นได้สองวิธี ใน baryons - อนุภาคย่อยของอะตอมที่สร้างขึ้นจากสามควาร์กเช่นโปรตอนและนิวตรอนทั้งสามควาร์กแต่ละสีที่ต่างกันและการผสมกันของสามสีทำให้เกิดอนุภาคที่เป็นกลาง มีซอนในทางตรงกันข้ามถูกสร้างขึ้นจากคู่ของควาร์กและแอนทีคส์คู่ปฏิสสารของพวกเขาและใน anticolour ของ antiquark ทำให้สีของควาร์กเป็นกลางเท่าประจุไฟฟ้าบวกและลบจะยกเลิกซึ่งกันและกันเพื่อสร้างประจุไฟฟ้าที่เป็นกลาง วัตถุ.

ควาร์กมีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงที่แข็งแกร่งโดยการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่เรียกว่ากลูออน ในทางตรงกันข้ามกับ QED ซึ่งการแลกเปลี่ยนโฟตอนนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้ากลูออนของ QCD ก็มีประจุสี เพื่อให้การโต้ตอบที่เป็นไปได้ทั้งหมดระหว่างควาร์กทั้งสามสีต้องมีกลูออนแปดสีซึ่งแต่ละอันจะมีส่วนผสมของสีและสีแอนติสีที่แตกต่างกัน

เนื่องจากกลูออนมีสีพวกมันสามารถมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและสิ่งนี้ทำให้พฤติกรรมของแรงที่แข็งแกร่งแตกต่างจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างละเอียด QED อธิบายถึงแรงที่สามารถขยายไปถึงพื้นที่ที่ไม่มีที่สิ้นสุดแม้ว่าแรงจะลดลงเมื่อระยะห่างระหว่างประจุทั้งสองเพิ่มขึ้น (การเชื่อฟังกฎหมายกำลังสองผกผัน) อย่างไรก็ตามใน QCD การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลูออนที่ปล่อยออกมาจากประจุสีจะป้องกันไม่ให้ประจุถูกดึงออกมา หากพลังงานที่พอเพียงถูกนำมาใช้ในการพยายามทำควาร์กออกมาจากโปรตอนตัวอย่างเช่นผลลัพธ์ก็คือการสร้างคู่ของควาร์ก - แอนติควาร์ก - อีกนัยหนึ่งคือมีซอน ลักษณะของ QCD นี้แสดงให้เห็นถึงลักษณะระยะสั้นที่สังเกตเห็นของแรงที่แข็งแกร่งซึ่ง จำกัด อยู่ที่ระยะทางประมาณ 10 ⁻¹⁵เมตรซึ่งสั้นกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอม มันยังอธิบายถึงการกักตัวควาร์กอย่างชัดเจน - นั่นคือพวกมันถูกสังเกตเห็นได้เฉพาะในสถานะคอมโพสิตที่ถูกผูกไว้ใน baryons (เช่นโปรตอนและนิวตรอน) และอนุภาคมีซอน