Квантовая хромодинамика

Следующим шагом на пути познания фундаментальных взаимодействий было создание теории сильного взаимодействия. Для этого было необходимо придать черты калибровочного поля сильному взаимодействию. Сильное взаимодействие можно представлять как результат обмена глюонами, который обеспечивает связь кварков в адроны.

Замысел здесь состоит в следующем. Каждый кварк обладает аналогом электрического заряда, служащим источником глюонного поля. Его назвали цветом. Как и в случае с термином “кварк”, термин “цвет” выбран произвольно и никакого отношения к обычному цвету не имеет.

Если электромагнитное поле порождается зарядом только одного сорта, то более сложное глюонное поле создается 3 различными цветовыми зарядами. Каждый кварк “окрашен” в один из 3 возможных цветов, которые (совершенно произвольно) назвали красным, зелёным и синим. И соответственно, антикварки бывают антикрасные, антизелёные и антисиние.

На следующем этапе теория сильного взаимодействия развивалась по той же схеме, что и теория слабого взаимодействия. Требование локальной калибровочной симметрии (т.е. инвариантности относительно изменений цвета в каждой точке пространства) приводит к необходимости введения компенсирующих силовых полей. Всего требуется 8 новых компенсирующих силовых полей. Частицами-переносчиками этих полей являются глюоны. Т.о., из теории следует, что должно быть 8 различных типов глюонов. Как и фотон, глюоны имеют нулевую массу покоя и спин =1. Глюоны также имеют различные цвета, но не чистые, а смешанные (например, сине-антизелёный), т.е. глюоны состоят из цвета и антицвета. Поэтому испускание или поглощение глюона сопровождается изменением цвета кварка (“игра цветов”). Так, например, красный кварк, теряя красно-антисиний глюон, превращается в синий кварк. В протоне 3 кварка постоянно обмениваются глюонами, изменяя свой цвет. Однако эти изменения подчиняются жёсткому правилу: в любой момент времени “суммарный” цвет 3 кварков должен представлять собой белый цвет; т.е. сумму “красный + зелёный + синий”. Это распространяется и на мезоны.

С точки зрения квантовой хромодинамики (квантовой теории цвета) сильное взаимодействие есть не что иное, как стремление поддерживать определённую абстрактную симметрию природы: сохранение белого цвета всех адронов при изменении цвета их составных частей. Квантовая хромодинамика великолепно объясняет правила, которым подчиняются все комбинации кварков, взаимодействие глюонов между собой (глюон может распадаться на 2 глюона или 2 глюона слиться в 1-поэтому и появляются нелинейные члены в уравнении глюонного поля), взаимодействие кварков и глюонов (кварки покрыты облаками глюонов и кварк –антикварковых пар), сложную структуру адрона, состоящего из “одетых” в облака кварков и т.д.