Kvantna kromodinamika

Kvantna kromodinamika (ili kraće QCD od eng. quantum chromodynamics) je fizikalna teorija koja opisuje djelovanje jake nuklearne sile unutar složenih subatomskih čestica, između kvarkova i gluona s pomoću triju svojstava nazvanih naboji boje: crveno, plavo i zeleno. Ona je važan dio standardnog modela čestica. Kvantna kromodinamika se razvila potkraj 20. stoljeća kada je s pomoću sve snažnijih ubrzivača čestica, maglene ili Wilsonove komore, komore s mjehurićima i drugih mjernih instrumenata otkriven velik broj vrsta subatomskih čestica i kada je postalo jasno da se neke od njih sastoje od sitnijih dijelova te su započela istraživanja njihove strukture.

Kvantna fizika

Uvod u kvantnu mehaniku Matematička formulacija kvantne mehanike Fundamentalni koncepti Komplementarnost · Dekoherencija · Sprezanje · Interferencija · Energetska razina · Nelokalnost · Kvantni broj · Stanje · Superpozicija · Simetrija · Tuneliranje · Neodređenost · Isključenje · Teorija transformacije · Valna funkcija (kolaps) · Ehrenfestov teorem · Mjerenje Eksperimenti Afsharov · Bellova nejednakost · Davisson–Germer · Dvostruka pukotina · Elitzur–Vaidman · EPR paradoks · Franck–Hertz · Mach–Zehnder · Popperov · Kvantni brisač (odgođeni izbor) · Schrödingerova mačka · Stern–Gerlach eksperiment · Wheelerov odgođeni izbor Jednadžbe Schrödingerova jednadžba · Paulijeva jednadžba · Klein-Gordonova jednadžba · Diracova jednadžba Napredne teorije Kvantna teorija polja · Kvantna elektrodinamika · Kvantna kromodinamika · Kvantna gravitacija · Feynmanov dijagram Interpretacije Ansambl Bayesova De Broglie–Bohmova (Pilotski val) Kopenhagenska Kvantna logika Mnogo-svjetova Objektivni kolaps GRW CSL DP Penroseova Pristup konzistentne povijesti Relacijska Skrivene varijable (Lokalne) Stohastička Svijest uzrokuje kolaps Transakcijska Znanstvenici Planck · Schrödinger · Heisenberg · Bohr · Pauli · Dirac · Bohm · Born · de Broglie · von Neumann · Einstein · Feynman · Everett · Drugi

Standardni model elementarnih čestica, s baždarnim i Higgsovim bozonom.

Animacija međudjelovanja jake nuklearne sile (ili rezidualne jake nuklearne sile). Mali obojeni dvostruki diskovi su gluoni.

Proton je građen od dvaju gornjih (u) kvarkova i jednoga donjega (d) kvarka. Odabir boja pojedinih kvarkova je proizvoljan, ali sve tri boje moraju biti prisutne. Jake nuklearne sile između kvarkova posredovane su gluonima.

Prema kvantnoj kromodinamici, s obzirom na naboj boje, čestice i antičestice su neutralne (bijele). Barioni sadrže po 3 kvarka različitih boja koje skupa daju neutralni naboj boje, a mezoni su građeni od kvarka i antikvarka naboja i antinaboja neke od boja. Gluoni, prijenosnici sile između kvarkova, također su nabijeni nabojem boje i djeluju i međusobno. S pomoću 8 vrsta gluona kvarkovi čine hadrone: na primjer protone, neutrone i pione. Međudjelovanje gluona objašnjava kratki doseg (manji od promjera atomske jezgre, oko 10^–15 metara) jakih sila i asimptotsku slobodu gibanja kvarkova, to jest nemogućnost opažanja kvarkova izvan hadrona.

Temeljno međudjelovanje

Podrobniji članak o temi: Fundamentalne interakcije

Temeljno međudjelovanje ili fundamentalna interakcija je međudjelovanje elementarnih čestica: gravitacijsko, elektromagnetsko, jako i slabo. Sva poznata međudjelovanja posljedica su tih 4 temeljnih međudjelovanja. Temeljna međudjelovanja međusobno se razlikuju po česticama na koje djeluju, jakosti, dosegu i česticama koje ih prenose. Jako međudjelovanje djeluje na kvarkove i gluone, slabo međudjelovanje na kvarkove i leptone, elektromagnetsko međudjelovanje na sve čestice nabijene električnim nabojem, a gravitacijsko međudjelovanje na sve čestice koje imaju masu. Gravitacijsko međudjelovanje između elementarnih čestica je iznimno slabo, slabo međudjelovanje je malo jače, elektromagnetsko još jače i jako je međudjelovanje najjače. Doseg elektromagnetskog i gravitacijskog međudjelovanja je beskonačan, a doseg jakog i slabog međudjelovanja je kratak, približno poput promjera atomske jezgre. Jako međudjelovanje prenose gluoni, elektromagnetsko fotoni, slabo W^± i Z⁰ bozoni a gravitacijsko gravitoni (koji nisu pokusima potvrđeni).

Međudjelovanje	Trenutačna teorija	Prijenosnici djelovanja	Relativna jakost(1)	Ovisnost o udaljenosti	Doseg djelovanja (m)
Jaka	Kvantna kromodinamika (QCD)	gluoni	1038	${\sim r}$ (vidi napomenu)	10−15
Elektromagnetska	Kvantna elektrodinamika (QED)	fotoni	1036	${\frac {1}{r^{2}}}$	10−18
Slaba	Kvantna aromodinamika (QFD)	W i Z bozoni	1025	${\frac {e^{-m_{W,Z}r}}{r^{2}}}$	$\infty$
Gravitacijska	Opća teorija relativnosti (GR, nije kvantna teorija.)	gravitoni	1	${\frac {1}{r^{2}}}$	$\infty$

⁽¹⁾ približne veličine. Točne vrijednosti ovise o česticama i energiji.

Međudjelovanja elementarnih čestica danas su opisana standardnim modelom čestica, odnosno standardnom teorijom čestica i sila. Utemeljena su na umnošku grupa U(1)×SU(2)×SU(3). Svakoj od grupa u tom umnošku svojstven je određeni naboj, koji je izvor pridruženoga baždarnoga bozona, prijenosnika danoga temeljnoga međudjelovanja. Temeljna međudjelovanja prenosi dvanaest baždarnih bozona: foton, elektromagnetsko međudjelovanje, dva masivna W-bozona i neutralni Z-bozon slabo međudjelovanje, i osam gluona jako međudjelovanje kao što to opisuje kvantna kromodinamika (međudjelovanja kvarkova i gluona koji posjeduju jaki naboj nazvan bojom). Jedan od glavnih ciljeva fizike elementarnih čestica je ujedinjenje temeljnih međudjelovanja. Do sada su u elektroslaboj teoriji ujedinjeni slabo i elektromagnetsko međudjelovanje u elektroslabo međudjelovanje.

Elementarne čestice

Podrobniji članak o temi: Elementarna čestica

Elementarna čestica ili temeljna čestica spada u podgrupu subatomskih čestica i odlikuje se najvećim stupnjem elementarnosti (temeljnosti). Temeljnost novootkrivenih subatomskih čestica ovisi o tom imaju li strukturu, mogu li se sastaviti od već postojećih čestica ili se mogu svesti na već poznate čestice. Prema standardnom modelu čestica smatra se da 12 temeljnih čestica izgrađuje svu tvar u svemiru: leptoni (elektron, mion, tauon i njima pripadajući neutrini) i kvarkovi. Prijenosnici međudjelovanja između čestica tvari su bozoni: fotoni, gluoni, W-bozoni, Z-bozoni i Higgsovi bozoni.

Kvarkovi i leptoni raspoređeni u parove koji čine tri naraštaja (generacije ili obitelji):

• elektron (e) i njegov neutrino ν_e te gornji (u) i donji (d) kvark;
• mion (μ) i njegov neutrino ν_μ te čarobni ili šarmantni (c) kvark i strani ili čudni (s) kvark;
• tauon (τ) i njegov neutrino ν_τ te dubinski (b) kvark ili kvark ljepote i vršni (t) kvark ili kvark istine.

Sva je tvar građena od lakih temeljnih čestica prvoga naraštaja, dok se teži kvarkovi pronalaze u sudarima u ubrzivačima čestica ili kozmičkom zračenju. Te čestice nose naboje koji su izvori temeljnih sila (fundamentalne interakcije) i u tom je glavno značenje njihove temeljnosti. Danas su te sile opisane standardnom teorijom čestica i sila.

Poveznice

• Fundamentalne interakcije (temeljno međudjelovanje)
• Kvantna elektrodinamika
• Standardni model