夸克与强相互作用
量子色动力学(quantum chromodynamics, QCD)
/ QCD = cue-see-dee /
量子色动力学是大自然最强的力的「规则手册」——这种力把夸克束缚成质子和中子,最终把每个原子的核心维系在一起。「Chromo(色)」指的是夸克所带的色荷。简单说,QCD 就是关于色荷如何通过交换胶子而相互作用的理论。
它的配料很简朴。夸克带有三种类型的色荷;强相互作用由胶子传递;而与电磁的光子不同,胶子本身带色,所以彼此之间也会作用。仅从这些规则——写成一种叫 SU(3) 的优美对称性——就推出了一切:夸克通过胶子相互吸引,它们永远无法被孤立(禁闭),以及这种力反常地在极短距离上变弱而非变强(渐近自由)。QCD 是标准模型的一部分,与电磁和弱相互作用的理论并列。
QCD 之难,也正是它之强。由于这种力在普通距离上太强,「把小修正逐项相加」的常规技巧(微扰论)失效,物理学家必须借助在时空网格上进行的大规模计算机模拟——格点 QCD——来从第一性原理计算,比如质子的质量。如今这类计算能与实验吻合到百分之几,是现代物理的伟大胜利之一,也证实了这套奇特的三色理论确实就是强相互作用的运作方式。
QCD 在 1970 年代初建立。格罗斯、维尔切克和波利策于 1973 年证明它预言了渐近自由——这种力在短程上消退——并因此获得 2004 年诺贝尔奖。
QCD 是关于色荷与胶子的量子场论,于 1970 年代完成。
QCD 是强相互作用作用于夸克时的理论。把质子和中子束缚在原子核内部的力,是 QCD 的一种残余、剩下的效应——有关联,但隔了一层,就像中性分子之间那点微弱的黏性,是它们内部电力剩下的余波。
又称
另见