夸克與強交互作用
膠子自交互作用(gluon self-interaction)
把兩束手電筒的光交叉照射,什麼也不會發生——它們徑直穿過彼此,毫髮無損。這是因為光由光子構成,而光子不帶電荷,所以彼此「看不見」。強交互作用的信使——膠子——卻截然不同:膠子不會彼此穿過。它們會抓住、偏折、並黏附彼此。這就是膠子自交互作用,可以說是強交互作用最重要的單一特徵。
原因說起來很簡單。一個力的載體,會與它所傳遞之力對應的那種荷發生作用。光子傳遞電力,但光子本身電中性,所以光子無視光子。膠子傳遞色力——而膠子本身就帶色荷(一份色加一份反色)。在自己所中介的那種力下也帶荷,膠子便直接彼此作用:兩個膠子可以散射,一個膠子可以分裂成兩個。用費曼圖的語言說,存在純由膠子線構成、毫無夸克身影的頂點。
強交互作用幾乎所有的奇異之處都可追溯到這一點。膠子自交互作用是力不隨距離消退、從而導致禁閉的原因;是耦合跑動方向與電磁相反、從而帶來漸近自由的原因;也是高能碰撞中噴出由膠子獨自播種的額外噴注的原因。它是數學家所稱非阿貝爾規範理論的標誌——這是更深一層的理論類別,QCD 是其首要的物理範例,弱交互作用也屬於它,而電磁則不屬於。
QCD 允許三膠子和四膠子頂點——一個膠子分裂成兩個膠子——其中沒有夸克參與。QED 中的光子沒有這樣的自頂點。
膠子與膠子耦合;光子從不與光子耦合。這一差別塑造了整個強交互作用。
這是強交互作用如此不同於電磁的根本原因。若抽掉膠子自交互作用,QCD 將完全失去禁閉和漸近自由——它不是一個次要細節,而是整個理論的引擎。
又稱
另見