Квантовая хромодинамика (КХД, Quantum Chromodynamics, QCD) — это раздел теоретической физики, описывающий сильное взаимодействие между кварками и глюонами. Она входит в Стандартную модель частиц.
Основные элементы и принципы КХД:
- Кварки — фундаментальные фермионы с дробным электрическим зарядом ($(+2/3) или (-1/3)$) и свойством «цвета» (красный, зелёный, синий).
- Глюоны — бозоны-переносчики сильного взаимодействия. Имеют сами цветовой заряд, поэтому могут взаимодействовать друг с другом.
- Цветовой заряд — аналог электрического заряда в электродинамике, но существует три «цвета» и три «антицвета».
- Лагранжиан КХД: фундаментальная формула для квантового описания взаимодействия кварков и глюонов:
$L_QCD = Σ_f [ψ̄_f (iγ^μ D_μ — m_f) ψ_f] — 1/4 G^a_{μν} G^{aμν}, D_μ = ∂_μ — i g_s t^a A^a_μ, G^a_{μν} = ∂_μ A^a_ν — ∂_ν A^a_μ + g_s f^{abc} A^b_μ A^c_ν$
где
- $\psi_f$ — поле кварка с флейвором $f$,
- $D_\mu = \partial_\mu — i g_s t^a A^a_\mu$ — калибровочный ковариантный производный,
- $G^a_{\mu\nu} = \partial_\mu A^a_\nu — \partial_\nu A^a_\mu + g_s f^{abc} A^b_\mu A^c_\nu$ — тензор поля глюона,
- $g_s$ — константа сильного взаимодействия,
- $t^a$ — генераторы группы SU(3) цвета,
- $f^{abc}$ — структура констант SU(3).
Особенности КХД:
- Конфайнмент: кварки и глюоны не существуют свободно; они всегда связаны в адроны (протоны, нейтроны, мезоны).
- Асимптотическая свобода: на очень малых расстояниях (высоких энергиях) взаимодействие между кварками становится слабым.
- Нелинейность: глюоны взаимодействуют между собой, что делает уравнения КХД крайне сложными для аналитического решения.