Cromodinámica cuántica (QCD), en física, la teoría que describe la acción de la fuerza fuerte. El QCD se construyó en analogía con la electrodinámica cuántica (QED), la teoría del campo cuántico de la fuerza electromagnética. En QED, las interacciones electromagnéticas de las partículas cargadas se describen a través de la emisión y posterior absorción de fotones sin masa, mejor conocidos como las "partículas" de luz; tales interacciones no son posibles entre partículas sin carga, eléctricamente neutras. El fotón se describe en QED como la partícula "portadora de fuerza" que media o transmite la fuerza electromagnética. Por analogía con QED, la cromodinámica cuántica predice la existencia de partículas portadoras de fuerza llamadas gluones, que transmiten la fuerza fuerte entre partículas de materia que llevan "color", una forma de "carga" fuerte. Por lo tanto, la fuerza fuerte está limitada en su efecto al comportamiento de partículas subatómicas elementales llamadas quarks y de partículas compuestas construidas a partir de quarks, como los protones y neutrones familiares que forman los núcleos atómicos, así como partículas inestables más exóticas llamadas mesones.
partícula subatómica: cromodinámica cuántica: descripción de la fuerza fuerte
Ya en 1920, cuando Ernest Rutherford nombró al protón y lo aceptó como una partícula fundamental, estaba claro que el electromagnético
En 1973, los físicos europeos Harald Fritzsch y Heinrich Leutwyler, junto con el físico estadounidense Murray Gell-Mann, desarrollaron el concepto de color como la fuente de un "campo fuerte" en la teoría de QCD. En particular, emplearon la teoría de campo general desarrollada en la década de 1950 por Chen Ning Yang y Robert Mills, en la que las partículas transportadoras de una fuerza pueden irradiar partículas transportadoras adicionales. (Esto es diferente de QED, donde los fotones que transportan la fuerza electromagnética no irradian más fotones).
En QED solo hay un tipo de carga eléctrica, que puede ser positiva o negativa; en efecto, esto corresponde a la carga y a la carga previa. Para explicar el comportamiento de los quarks en QCD, por el contrario, debe haber tres tipos diferentes de carga de color, cada uno de los cuales puede ocurrir como color o anticolor. Los tres tipos de carga se denominan rojo, verde y azul en analogía con los colores primarios de la luz, aunque no existe ninguna conexión con el color en el sentido habitual.
Las partículas de color neutro se producen de una de dos maneras. En los bariones, partículas subatómicas construidas a partir de tres quarks, como, por ejemplo, protones y neutrones, los tres quarks son cada uno de un color diferente, y una mezcla de los tres colores produce una partícula que es neutral. Los mesones, por otro lado, están construidos a partir de pares de quarks y antiquarks, sus contrapartes de antimateria, y en estos el anticolour del antiquark neutraliza el color del quark, al igual que las cargas eléctricas positivas y negativas se cancelan entre sí para producir un eléctricamente neutro. objeto.
Los Quarks interactúan a través de la fuerza fuerte mediante el intercambio de partículas llamadas gluones. A diferencia de QED, donde los fotones intercambiados son eléctricamente neutros, los gluones de QCD también tienen cargas de color. Para permitir todas las interacciones posibles entre los tres colores de los quarks, debe haber ocho gluones, cada uno de los cuales generalmente lleva una mezcla de un color y un anticolor de un tipo diferente.
Debido a que los gluones tienen color, pueden interactuar entre ellos, y esto hace que el comportamiento de la fuerza fuerte sea sutilmente diferente de la fuerza electromagnética. QED describe una fuerza que puede extenderse a través de alcances infinitos del espacio, aunque la fuerza se debilita a medida que aumenta la distancia entre dos cargas (obedeciendo a una ley del cuadrado inverso). Sin embargo, en QCD, las interacciones entre los gluones emitidos por las cargas de color evitan que esas cargas se separen. En cambio, si se invierte suficiente energía en el intento de eliminar un quark de un protón, por ejemplo, el resultado es la creación de un par quark-antiquark, en otras palabras, un mesón. Este aspecto de QCD encarna la naturaleza de corto alcance observada de la fuerza fuerte, que se limita a una distancia de aproximadamente 10-15 metros, más corta que el diámetro de un núcleo atómico. También explica el aparente confinamiento de los quarks, es decir, se han observado solo en estados compuestos unidos en bariones (como protones y neutrones) y mesones.
