כרומודינמיקה קוונטית (QCD)בפיזיקה, התיאוריה המתארת את פעולת הכוח החזק. QCD נבנה באנלוגיה לאלקטרודינמיקה קוונטית (QED), תיאוריית השדות הקוונטים של הכוח האלקטרומגנטי. ב- QED מתוארים האינטראקציות האלקטרומגנטיות של חלקיקים טעונים באמצעות פליטה וספיגה של פוטונים חסרי מסה, הידועים בעיקר כ"חלקיקי האור "; אינטראקציות כאלה אינן אפשריות בין חלקיקים לא נטענים, ניטרלים חשמלית. הפוטון מתואר ב- QED כחלקיק ה"נשא-כוח "המתווך או מעביר את הכוח האלקטרומגנטי. באנלוגיה ל- QED, כרומודינמיקה קוונטית מנבאת את קיומם של חלקיקים נושאי כוח הנקראים גלונים, המעבירים את הכוח החזק בין חלקיקי חומר הנושאים "צבע", סוג של "מטען חזק". הכוח החזק מוגבל אפוא בהשפעתו להתנהגותם של חלקיקים תת-אטומיים יסודיים הנקראים קווארקים וחלקיקים מורכבים הבנויים מקווארקים - כמו הפרוטונים והניוטרונים המוכרים המרכיבים גרעינים אטומיים, כמו גם חלקיקים לא יציבים יותר אקזוטיים המכונים מזונים.
חלקיק תת-אטומי: כרומודינמיקה קוונטית: תיאור הכוח החזק
כבר בשנת 1920, כאשר ארנסט רתרפורד שם את הפרוטון וקיבל אותו כחלקיק יסודי, היה ברור שהאלקטרומגנטי
בשנת 1973 פיתח מושג הצבע כמקור ל"שדה חזק "לתורת ה- QCD על ידי הפיזיקאים האירופיים האראלד פריץ והיינריך לוטווילר, יחד עם הפיזיקאי האמריקני מוריי גל-מן. בפרט, הם השתמשו בתורת השדה הכללית שפותחה בשנות החמישים על ידי חן נינג יאנג ורוברט מילס, שבהם חלקיקי הנשא של כוח יכולים בעצמם להקרין חלקיקי נשא נוספים. (זה שונה מ- QED, שם הפוטונים הנושאים את הכוח האלקטרומגנטי אינם מקרינים פוטונים נוספים.)
ב- QED יש רק סוג אחד של מטען חשמלי, שיכול להיות חיובי או שלילי - למעשה, זה תואם לטעינה ולהגנה. כדי להסביר את התנהגות הקווארקים ב- QCD, לעומת זאת, צריכים להיות שלושה סוגים שונים של מטעני צבע, שכל אחד מהם יכול להופיע כצבע או כצבע צבעוני. שלושת סוגי המטענים נקראים אדום, ירוק וכחול באנלוגיה לצבעי האור הראשוניים, אם כי אין קשר כלל לצבע במובן הרגיל.
חלקיקים ניטרליים בצבע מופיעים באחת משתי דרכים. בביארונים - חלקיקים תת-אטומיים הבנויים משלושה קווארקים, כמו, למשל, פרוטונים ונויטרונים - שלושת הקווארקים הם בצבעים שונים, ותערובת של שלושת הצבעים מייצרת חלקיק שהוא ניטרלי. מזונים, לעומת זאת, בנויים מזוגות של קווארקים ועתיקות, עמיתיהם הנוגדים את האנטי-חומר, ובתוכם הנטרולור של העתיק מנטרל את צבע הקווארק, כמו שמטענים חשמליים חיוביים ושליליים מבטלים זה את זה לייצר ניטרלי חשמלי חפץ.
קוורקים אינטראקציה דרך הכוח החזק על ידי החלפת חלקיקים הנקראים גלונים. בניגוד ל- QED, שם הפוטונים שהוחלפו הם ניטרלים חשמלית, הגלואונים של QCD נושאים גם מטעני צבע. כדי לאפשר את כל האינטראקציות האפשריות בין שלושת צבעי הקווארקים, חייבים להיות שמונה גלונים שכל אחד מהם בדרך כלל נושא תערובת של צבע ואנטיקור צבע מסוג אחר.
מכיוון שגלונים נושאים צבע, הם יכולים ליצור אינטראקציה בינם לבין עצמם, והדבר הופך את התנהגות הכוח החזק שונה בעדינות מהכוח האלקטרומגנטי. QED מתאר כוח שיכול להשתרע על פני טווח אינסופי של חלל, אם כי הכוח נחלש ככל שהמרחק בין שני מטענים גדל (ציות לחוק ריבועי הפוך). עם זאת, ב- QCD, האינטראקציות בין גלונים הנפלטים על ידי מטעני צבע מונעים את פריקת המטענים הללו. במקום זאת, אם מושקע אנרגיה מספקת בניסיון להפיל קווארק מפרוטון, למשל, התוצאה היא יצירת זוג קווארק-עתיקות - במילים אחרות, מזון. היבט זה של QCD מגלם את הטבע קצר טווח הנצפה של הכח החזק, אשר מוגבל עד למרחק של כ 10 -15 מטר, קצר יותר מאשר הקוטר של גרעין אטום. זה גם מסביר את הכליאה של הקווארקים לכאורה - כלומר הם נצפו רק במצבים מרוכבים כבולים בבריונים (כמו פרוטונים ונויטרונים) ומזונים.
