Cromodinâmica quântica (QCD), na física, a teoria que descreve a ação da força forte. O QCD foi construído em analogia à eletrodinâmica quântica (QED), a teoria quântica de campos da força eletromagnética. No QED, as interações eletromagnéticas das partículas carregadas são descritas através da emissão e subsequente absorção de fótons sem massa, mais conhecidas como "partículas" da luz; essas interações não são possíveis entre partículas eletricamente neutras não carregadas. O fóton é descrito no QED como a partícula "portadora de força" que medeia ou transmite a força eletromagnética. Por analogia com o QED, a cromodinâmica quântica prevê a existência de partículas portadoras de força chamadas glúons, que transmitem a força forte entre partículas de matéria que carregam "cor", uma forma de "carga" forte. A força forte é, portanto, limitada em seu efeito ao comportamento de partículas subatômicas elementares chamadas quarks e de partículas compostas construídas a partir de quarks - como os prótons e nêutrons familiares que compõem os núcleos atômicos, bem como partículas instáveis mais exóticas chamadas mesons.
partícula subatômica: Cromodinâmica quântica: descrevendo a força forte
Já em 1920, quando Ernest Rutherford nomeou o próton e o aceitou como partícula fundamental, ficou claro que o eletromagnético
Em 1973, o conceito de cor como fonte de um "campo forte" foi desenvolvido na teoria do QCD pelos físicos europeus Harald Fritzsch e Heinrich Leutwyler, juntamente com o físico americano Murray Gell-Mann. Em particular, eles empregaram a teoria geral do campo desenvolvida na década de 1950 por Chen Ning Yang e Robert Mills, na qual as partículas transportadoras de uma força podem elas mesmas irradiar outras partículas transportadoras. (Isso é diferente do QED, onde os fótons que carregam a força eletromagnética não irradiam mais fótons.)
No QED, existe apenas um tipo de carga elétrica, que pode ser positiva ou negativa - na verdade, isso corresponde a carga e anticarga. Para explicar o comportamento dos quarks no QCD, por outro lado, é preciso haver três tipos diferentes de carga de cores, cada uma das quais pode ocorrer como cor ou anticor. Os três tipos de carga são chamados de vermelho, verde e azul em analogia às cores primárias da luz, embora não exista nenhuma conexão com a cor no sentido usual.
As partículas neutras em cores ocorrem de duas maneiras. Nos bárions - partículas subatômicas construídas a partir de três quarks, como, por exemplo, prótons e nêutrons - os três quarks são de cores diferentes e uma mistura das três cores produz uma partícula neutra. Os mésons, por outro lado, são construídos a partir de pares de quarks e antiquarks, suas contrapartes de antimatéria, e nestes o anticor do antiquark neutraliza a cor do quark, da mesma forma que cargas elétricas positivas e negativas se cancelam para produzir um neutro eletricamente objeto.
Os quarks interagem através da força forte trocando partículas chamadas glúons. Ao contrário do QED, onde os fótons trocados são eletricamente neutros, os glúons do QCD também carregam cargas de cores. Para permitir todas as interações possíveis entre as três cores dos quarks, deve haver oito glúons, cada um dos quais geralmente carrega uma mistura de uma cor e um anticor de um tipo diferente.
Como os glúons carregam cores, eles podem interagir entre si, e isso torna o comportamento da força forte sutilmente diferente da força eletromagnética. O QED descreve uma força que pode se estender por infinitos trechos de espaço, embora a força se torne mais fraca à medida que a distância entre duas cargas aumenta (obedecendo a uma lei do quadrado inverso). No QCD, no entanto, as interações entre os glúons emitidos pelas cargas coloridas impedem que essas cargas sejam separadas. Em vez disso, se energia suficiente for investida na tentativa de derrubar um quark de um próton, por exemplo, o resultado é a criação de um par de quark-antiquark - em outras palavras, um méson. Esse aspecto do QCD incorpora a natureza observada de curto alcance da força forte, que é limitada a uma distância de cerca de 10 a 15 metros, menor que o diâmetro de um núcleo atômico. Também explica o aparente confinamento dos quarks - isto é, eles foram observados apenas em estados compostos ligados em bárions (como prótons e nêutrons) e mésons.
