量子色力学物理学

量子色力学（QCD）物理学では、強い力の作用を説明する理論。QCDは、電磁力の量子場理論である量子電気力学（QED）に類似して構築されました。QEDでは、荷電粒子の電磁相互作用は、光の「粒子」として最もよく知られている、質量のない光子の放出とその後の吸収によって説明されます。このような相互作用は、帯電していない電気的に中性の粒子間では不可能です。光子は、電磁力を媒介または伝達する「フォースキャリア」粒子としてQEDに記述されています。QEDと同様に、量子色力学は、グルーオンと呼ばれるフォースキャリア粒子の存在を予測します。これは、「色」、つまり強い「電荷」を運ぶ物質の粒子間に強い力を伝達します。したがって、強い力の影響は、クォークと呼ばれる素粒子の動作と、クォークから構築された複合粒子（原子核を構成するおなじみの陽子と中性子など）、および中間子と呼ばれるよりエキゾチックな不安定粒子の動作に限定されます。

素粒子：量子色力学：強い力の説明

1920年には、アーネストラザフォードが陽子を命名し、それを基本粒子として受け入れたとき、電磁

。

1973年、「強い場」の源としての色の概念は、アメリカの物理学者であるマレーゲルマンとともに、ヨーロッパの物理学者であるハラルドフリッツシュとハインリッヒロイトワイラーによってQCDの理論に発展しました。特に、彼らは1950年代にChen Ning YangとRobert Millsによって開発された一般的な場の理論を採用しました。この理論では、力のキャリア粒子自体がさらなるキャリア粒子を放射することができます。（これは、電磁力を運ぶ光子がそれ以上光子を放射しないQEDとは異なります。）

QEDでは、電荷のタイプは1つだけで、正または負にできます。実際には、これは電荷と反電荷に対応します。対照的に、QCDでのクォークの振る舞いを説明するには、3つの異なるタイプの色電荷が必要であり、それぞれが色または反色として発生する可能性があります。3種類の電荷は、光の原色に類似して赤、緑、青と呼ばれますが、通常の意味では色とはまったく関係がありません。

色中立粒子は、2つの方法のいずれかで発生します。バリオン（陽子と中性子などの3つのクォークから構築された素粒子）では、3つのクォークはそれぞれ異なる色であり、3つの色の混合により中性の粒子が生成されます。一方、中間子は、クォークと反クォークのペア、それらの反物質の対応物から構築され、これらでは、反クォークの反色がクォークの色を中和します。これは、正と負の電荷が互いに打ち消し合って電気的に中性になるためです。オブジェクト。

クォークは、グルオンと呼ばれる粒子を交換することにより、強い力を介して相互作用します。交換される光子が電気的に中性であるQEDとは対照的に、QCDのグルオンも色電荷を運びます。クォークの3つの色の間で起こり得るすべての相互作用を可能にするために、8つのグルーオンが必要です。それぞれのグルーオンは、一般に、異なる種類の色と反色の混合を運びます。

グルオンは色を帯びているため、グルオン同士が相互作用し、強い力の振る舞いが電磁力と微妙に異なります。QEDは、2つの電荷間の距離が大きくなると（逆2乗法則に従って）力が弱くなりますが、無限の空間に広がる力を表します。ただし、QCDでは、色電荷によって放出されるグルオン間の相互作用により、それらの電荷が引き離されることが防止されます。代わりに、たとえば、陽子からクォークをノックアウトする試みに十分なエネルギーが費やされた場合、結果はクォークと反クォークのペア、つまり中間子の作成です。QCDのこの側面は、原子核の直径よりも短い、約10 ^-15メートルの距離に制限されている、強い力の観測された短距離の性質を具体化します。また、クォークの見かけの閉じ込めについても説明しています。つまり、クォークは、陽子や中性子などのバリオンと中間子の束縛複合状態でのみ観測されています。