Sắc ký lượng tử (QCD), trong vật lý, lý thuyết mô tả hành động của lực mạnh. QCD được xây dựng tương tự như điện động lực học lượng tử (QED), lý thuyết trường lượng tử của lực điện từ. Trong QED, các tương tác điện từ của các hạt tích điện được mô tả thông qua sự phát xạ và sự hấp thụ tiếp theo của các photon không khối lượng, được biết đến nhiều nhất là các hạt ánh sáng. tương tác như vậy là không thể giữa các hạt trung hòa không tích điện. Photon được mô tả trong QED là hạt Hạt mang sóng mang lực lượng trung gian, có tác dụng trung gian hoặc truyền lực điện từ. Bằng cách tương tự với QED, sắc ký lượng tử dự đoán sự tồn tại của các hạt mang lực gọi là gluon, truyền lực mạnh giữa các hạt vật chất mang màu sắc, một dạng điện tích mạnh. Do đó, lực mạnh bị hạn chế trong tác động của nó đối với hành vi của các hạt hạ nguyên tử cơ bản gọi là hạt quark và hạt tổng hợp được tạo ra từ hạt quark, như các proton và neutron quen thuộc tạo nên hạt nhân nguyên tử, cũng như các hạt không ổn định kỳ lạ hơn gọi là meson.
hạt hạ nguyên tử: sắc ký lượng tử: Mô tả lực mạnh
Ngay từ năm 1920, khi Ernest Rutherford đặt tên cho proton và chấp nhận nó như là một hạt cơ bản, rõ ràng là điện từ
Năm 1973, khái niệm màu sắc là nguồn gốc của một lĩnh vực mạnh mẽ, được phát triển thành lý thuyết QCD bởi các nhà vật lý châu Âu Harald Fritzsch và Heinrich Leutwyler, cùng với nhà vật lý người Mỹ Murray Gell-Mann. Cụ thể, họ đã sử dụng lý thuyết trường tổng quát được phát triển vào những năm 1950 bởi Chen Ning Yang và Robert Mills, trong đó các hạt mang của một lực có thể tự phát ra các hạt mang khác. (Điều này khác với QED, trong đó các photon mang lực điện từ không phát ra thêm các photon nữa.)
Trong QED chỉ có một loại điện tích, có thể là điện tích dương hoặc âm có hiệu lực, điều này tương ứng với điện tích và phản lực. Để giải thích hành vi của các quark trong QCD, ngược lại, cần phải có ba loại điện tích màu khác nhau, mỗi loại có thể xảy ra dưới dạng màu hoặc phản quang. Ba loại điện tích được gọi là đỏ, lục và lam tương tự như các màu chính của ánh sáng, mặc dù không có bất kỳ mối liên hệ nào với màu theo nghĩa thông thường.
Các hạt màu trung tính xảy ra theo một trong hai cách. Trong các hạt hạ nguyên tử baryon, được tạo ra từ ba hạt quark, ví dụ như proton và neutron, ba hạt quark mỗi màu có một màu khác nhau và hỗn hợp ba màu tạo ra một hạt trung tính. Mặt khác, Meson được chế tạo từ các cặp quark và phản vật chất, các phản vật chất phản vật chất của chúng, và trong các phản hạt của phản vật chất trung hòa màu của quark, giống như các điện tích dương và âm triệt tiêu lẫn nhau để tạo ra một điện tích trung tính. vật.
Các quark tương tác thông qua lực mạnh bằng cách trao đổi các hạt gọi là gluon. Trái ngược với QED, nơi các photon trao đổi là trung tính về điện, các gluon của QCD cũng mang điện tích màu. Để cho phép tất cả các tương tác có thể có giữa ba màu của quark, phải có tám gluon, mỗi màu thường mang một hỗn hợp của một màu và một phản quang của một loại khác nhau.
Bởi vì gluon mang màu sắc, chúng có thể tự tương tác với nhau và điều này làm cho hành vi của lực mạnh khác biệt tinh tế với lực điện từ. QED mô tả một lực có thể kéo dài qua phạm vi không gian vô hạn, mặc dù lực đó trở nên yếu hơn khi khoảng cách giữa hai điện tích tăng (tuân theo luật bình phương nghịch đảo). Tuy nhiên, trong QCD, sự tương tác giữa các gluon phát ra từ các điện tích màu sẽ ngăn các điện tích đó bị tách ra. Thay vào đó, nếu đầu tư đủ năng lượng vào nỗ lực đánh bật quark ra khỏi proton, ví dụ, kết quả là tạo ra một cặp quark-antiquark, nói cách khác, một meson. Khía cạnh này của QCD thể hiện bản chất tầm ngắn quan sát được của lực mạnh, được giới hạn trong khoảng cách khoảng 10 −15 mét, ngắn hơn đường kính của hạt nhân nguyên tử. Nó cũng giải thích sự giam cầm rõ ràng của quark, đó là, chúng chỉ được quan sát thấy ở các trạng thái tổng hợp ràng buộc trong baryon (như proton và neutron) và meson.
