夸克與強交互作用

量子色動力學(quantum chromodynamics, QCD)

/ QCD = cue-see-dee /

量子色動力學是大自然最強的力的「規則手冊」——這種力把夸克束縛成質子和中子,最終把每個原子的核心維繫在一起。「Chromo(色)」指的是夸克所帶的色荷。簡單說,QCD 就是關於色荷如何通過交換膠子而相互作用的理論。

它的配料很簡樸。夸克帶有三種類型的色荷;強交互作用由膠子傳遞;而與電磁的光子不同,膠子本身帶色,所以彼此之間也會作用。僅從這些規則——寫成一種叫 SU(3) 的優美對稱性——就推出了一切:夸克通過膠子相互吸引,它們永遠無法被孤立(禁閉),以及這種力反常地在極短距離上變弱而非變強(漸近自由)。QCD 是標準模型的一部分,與電磁和弱交互作用的理論並列。

QCD 之難,也正是它之強。由於這種力在普通距離上太強,「把小修正逐項相加」的常規技巧(微擾論)失效,物理學家必須借助在時空網格上進行的大規模電腦模擬——格點 QCD——來從第一性原理計算,比如質子的質量。如今這類計算能與實驗吻合到百分之幾,是現代物理的偉大勝利之一,也證實了這套奇特的三色理論確實就是強交互作用的運作方式。

QCD 在 1970 年代初建立。格羅斯、維爾切克和波利策於 1973 年證明它預言了漸近自由——這種力在短程上消退——並因此獲得 2004 年諾貝爾獎。

QCD 是關於色荷與膠子的量子場論,於 1970 年代完成。

QCD 是強交互作用作用於夸克時的理論。把質子和中子束縛在原子核內部的力,是 QCD 的一種殘餘、剩下的效應——有關聯,但隔了一層,就像中性分子之間那點微弱的黏性,是它們內部電力剩下的餘波。

又稱
QCDtheory of the strong force量子色动力学量子色動力學