量子色动力学
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量子色动力学(英语:Quantum Chromodynamics,简称QCD)是一个描述夸克、胶子之间强相互作用的标准动力学理论,它是粒子物理标准模型的一个基本组成部分。夸克是构成重子(质子、中子等)以及介子(
π
、
K
等)的基本单元,而胶子则传递夸克之间的相互作用,使它们相互结合,形成各种核子和介子,或者使它们相互分离,发生衰变等。多年来量子色动力学已经收集了庞大的实验证据。
量子色动力学是非阿贝尔规范场论(即杨米尔斯规范场论)的一个成功运用,它所对应是非阿贝尔规范群的群,群量子数被称为“颜色”或者“色荷”。每一种夸克有三种颜色,对应着群的基本表示。胶子是强作用力的传播者,有八种,对应着群的伴随表示。这个理论的动力学完全由它的规范对称群决定。
量子色动力学享有2种特有的属性:
- 禁闭,这意味着当它们被分开时,夸克之间的力并不降低。因此,当你试图分开两个夸克时,在胶子场中的能量足够产生一个夸克对。所以夸克永远是以强子的方式束缚在一起,如形成质子和中子或π介子或K介子。虽然在解析上还未获得证明,但夸克禁闭被广泛地接受,因为它解释了为何寻找自由夸克一直失败,而这在格点量子色动力学中很容易展示出来。
- 渐近自由,这意味着在非常高的能量反应中,夸克和胶子之间非常微弱的相互作用创造了夸克-胶子等离子体。量子色动力学的这一预测,在1970年代初由大卫·波利泽和弗兰克·维尔切克和大卫·格罗斯首次发现。因为这项工作,他们被授予2004年诺贝尔物理学奖。
没有已知的相变线分开这两种属性;禁闭是在低能量尺度中占主导地位,但是,随着能量的增加,渐近自由成为主导。