量子色動力學
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量子色動力學(英語:Quantum Chromodynamics,簡稱QCD)是一個描述夸克、膠子之間強相互作用的標準動力學理論,它是粒子物理標準模型的一個基本組成部分。夸克是構成重子(質子、中子等)以及介子(
π
、
K
等)的基本單元,而膠子則傳遞夸克之間的相互作用,使它們相互結合,形成各種核子和介子,或者使它們相互分離,發生衰變等。多年來量子色動力學已經收集了龐大的實驗證據。
量子色動力學是非阿貝爾規範場論(即楊米爾斯規範場論)的一個成功運用,它所對應是非阿貝爾規範群的群,群量子數被稱為「顏色」或者「色荷」。每一種夸克有三種顏色,對應着群的基本表示。膠子是強作用力的傳播者,有八種,對應着群的伴隨表示。這個理論的動力學完全由它的規範對稱群決定。
量子色動力學享有2種特有的屬性:
- 禁閉,這意味着當它們被分開時,夸克之間的力並不降低。因此,當你試圖分開兩個夸克時,在膠子場中的能量足夠產生一個夸克對。所以夸克永遠是以強子的方式束縛在一起,如形成質子和中子或π介子或K介子。雖然在解析上還未獲得證明,但夸克禁閉被廣泛地接受,因為它解釋了為何尋找自由夸克一直失敗,而這在格點量子色動力學中很容易展示出來。
- 漸近自由,這意味着在非常高的能量反應中,夸克和膠子之間非常微弱的相互作用創造了夸克-膠子等離子體。量子色動力學的這一預測,在1970年代初由大衛·波利澤和法蘭克·維爾切克和大衛·格羅斯首次發現。因為這項工作,他們被授予2004年諾貝爾物理學獎。
沒有已知的相變線分開這兩種屬性;禁閉是在低能量尺度中佔主導地位,但是,隨着能量的增加,漸近自由成為主導。