3.6.3.4 Квантова хромодинаміка

Наступний крок на шляху до пізнання фундаментальних взаємодій — створення теорії сильної взаємодії. Для цього необхідно надати сильній взаємодії рис калібрувального поля. Сильну взаємодію можна уявити як результат обміну глюонамй, який забезпечує зв'язування кварків (попарно або трійками) в адрони.

Задум тут такий. Кожен кварк має аналог електричного заряду, який є джерелом глюонного поля. Його назвали кольором. (Як у випадку з терміном "кварк", термін "колір" тут обрано довільно і ніякого стосунку до звичайного кольору він не має).

Якщо електромагнітне поле породжується зарядом тільки одного сорту, то більш складне глюонне поле створюється за участі трьох різних кольорових зарядів. Кожен кварк "пофарбований" в один із трьох можливих кольорів, які (цілком довільно) назвали червоним, зеленим і синім. І, відповідно, антикварки бувають античервоні, антизелені й антисині.

На наступному етапі теорія сильної взаємодії розвивалася за тією ж схемою, що і теорія слабкої взаємодії. Вимога локальної калібрувальної симетрії (тобто інваріантості щодо змін кольору в кожній точці простору) приводить до необхідності введення силових компенсуючих полів,. Усього потрібно вісім нових силових компенсуючих полів. Частинками — носіями цих полів є глюони, і, таким чином, із теорії випливає, що повинно бути аж вісім різних типів глюонів. Як і фотон, глюони мають нульову масу спокою і спін 1. Глюоны також мають різні кольори, але не чисті, а змішані (наприклад, синьо-антизелений), тобто глюони складаються з "кольору" й "антикольору". Тому випромінювання або поглинання глюона супроводжується зміною кольору кварка ("гра кольорів"). Так, наприклад, червоний кварк, втрачаючи червоно-антисиній глюон, перетворюється на синій кварк, а зелений кварк, поглинаючи синьо-антизелений глюон, перетворюється на синій кварк. У протоні, наприклад, три кварки постійно обмінюються глюонами, змінюючи свій колір. Однак такі зміни мають не довільний характер, а підпорядковуються твердому правилу: у будь-який момент часу "сумарний" колір трьох кварків повинен являти собою біле світло, тобто суму "червоний + зелений + синій". Це правило поширюється і на мезони, що складаються з пари кварк — антикварк. Оскільки антикварк характеризується антикольором, така комбінація завідомо безбарвна ("біла"), наприклад червоний кварк у комбінації з античсрвоним кварком утворить безбарвний мезон.

З погляду квантової хромодинаміки (квантової теорії кольору) сильна взаємодія є не що інше, як прагнення підтримувати певну абстрактну симетрію природи: збереження білого кольору всіх адронів при зміні кольору їхніх складових частин. Квантова хромодинаміка чудово пояснює правила, яким підпорядковуються всі комбінації кварків, взаємодія глюонів' між собою (глюон може розпадатися на два глюони або два глюони злитися в один — тому і з'являються нелінійні члени в рівнянні глюонного поля), взаємодія кварків і глюонів (кварки вкриті хмарами глюонів і кварк-антикваркових пар), складна структура адрона, який складається з "одягнених" у хмари кварків, і ін.

Можливо, поки що передчасно оцінювати квантову хромодинаміку як остаточну й завершену теорію сильної взаємодії, але експериментальний статус її досить міцний і досягнення є багатообіцяючими.