量子色動力學
量子色动力学（英语：Quantum Chromodynamics，简称QCD）是一个描述夸克胶子之间强相互作用的标准动力学理论，它是粒子物理标准模型的一个基本组成部分。夸克是构成重子（质子、中子等）以及介子（π、K等）的基本单元，而胶子则传递夸克之间的相互作用，使它们相互结合，形成各种核子和介子，或者使它们相互分离，发生衰变等。多年来量子色动力学已经收集了庞大的实验证据。
量子色动力学是规范场论的一个成功运用，它所对应的规范群是非阿贝尔的SU(3)displaystyle SU(3)
量子色动力学享有2种特有的属性：
禁闭，这意味着当它们被分开时，夸克之间的力并不降低。因此，當你試圖分開兩個夸克時，在膠子場中的能量足夠產生一個夸克對。所以夸克永遠是以強子的方式束縛在一起，如形成質子和中子或π介子或K介子。雖然在解析上還未獲得證明，但夸克禁閉被廣泛地接受，因為它解釋了為何尋找自由夸克一直失敗，而這在格點量子色動力學中很容易展示出來。
渐近自由，这意味着在非常高的能量反应中，夸克和胶子之间非常微弱的相互作用创造了夸克-胶子等离子体。量子色动力学的这一预测，在1970年代初由大卫·波利泽和弗兰克·维尔切克和大卫·格罗斯首次发现。因为这项工作，他们被授予2004年诺贝尔物理学奖。
没有已知的相变线分开这两种属性;禁闭是在低能量尺度中占主导地位，但是，随着能量的增加，渐近自由成为主导。
目录
1 历史
2 理论
3 微扰量子色动力学
4 非微扰量子色动力学
5 参考文献
6 外部連結
历史
静态夸克模型建立之后，在重子质量谱和重子磁矩方面取得了巨大成功。但是，某些由一种夸克组成的粒子的存在，如Δ++,Ω−,Δ−displaystyle Delta ^++,Omega ^-,Delta ^-
静态夸克模型建立之后，经历了十年左右的各种实验，都没有发现分数电荷的自旋12displaystyle frac 12
部分子模型和静态夸克模型都取得了巨大成功，但是两个模型对强子结构的描述有严重的冲突，具体来讲就是夸克禁闭与部分子无相互作用之间的冲突。这个问题的真正解决要等到渐近自由的发现。格娄斯，韦尔切克和休·波利策的计算表明，非阿贝尔规范场论中夸克相互作用强度随能标的增加而减弱，部分子模型的成功正预示着存在SU(N)displaystyle SU(N)
理论
拉氏密度为
- LQCD=ψ¯i(iγμ(Dμ)ij−mδij)ψj−14FμνaFaμν=ψ¯i(iγμ∂μ−m)ψi−gsAμaψ¯iγμTijaψj−14FμνaFaμνdisplaystyle beginalignedmathcal L_mathrm QCD &=bar psi _ileft(igamma ^mu (D_mu )_ij-m,delta _ijright)psi _j-frac 14F_mu nu ^aF_a^mu nu \&=bar psi _i(igamma ^mu partial _mu -m)psi _i-g_sA_mu ^abar psi _igamma ^mu T_ij^apsi _j-frac 14F_mu nu ^aF_a^mu nu endaligned
其中
γμdisplaystyle gamma ^mu ,!是狄拉克矩阵
ψidisplaystyle psi _i是夸克场（下标ij表示不同的味）
- ψ¯≡ψ†γ0displaystyle bar psi equiv psi ^dagger gamma _0
Dμ=∂μ+igsTaAμadisplaystyle D_mu =partial _mu +ig_sT^aA_mu ^a是协変微分
gsdisplaystyle g_s是SU(3)耦合常数
Tadisplaystyle T^a是SU(3)的生成元盖尔曼矩阵（a=1,...8种）
Aμadisplaystyle A_mu ^a是胶子场
Fμνa=∂μAνa−∂νAμa−gsfabcAμbAνcdisplaystyle F_mu nu ^a=partial _mu A_nu ^a-partial _nu A_mu ^a-g_sf^abcA_mu ^bA_nu ^c是规范胶子场张量
fabcdisplaystyle f^abc是SU(3)的结构常数
- QCD的基本参数是耦合常数gsdisplaystyle g_s
（或αs=gs2/4πdisplaystyle alpha _s=g_s^2/4pi
）和夸克的质量mqdisplaystyle m_q
微扰量子色动力学
在反应过程有一个大的能标的时候，量子色动力学耦合常数αsdisplaystyle alpha _s
微扰量子色动力学首先被应用到轻子强子深度非弹性散射，计算轻子部分子散射过程的高阶修正，成功解释了比约肯无标度性（Bjorken Scaling）因为能标的变化导致的微小破坏。这坚定了物理学家的信心，相信量子色动力学是描述强相互作用的正确理论。70到80年代微扰量子色动力学推广到其他各种高能反应过程，如e+e−displaystyle e^+e^-
理论方面，微扰量子色动力学也有许多新的成果。为处理高阶修正αsndisplaystyle alpha _s^n
非微扰量子色动力学
未解決的物理學問題：
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在低能标下，强相互作用强度很强，微扰方法就失效了，迄今还没有切实有效的解析方法可以处理，而最为常见有效的还是通过肯尼斯·威尔逊等人提出的格点场论进行数值模拟来求解。
参考文献
^ Muta, T. FOUNDATIONS OF QUANTUM CHROMODYNAMICS. World Scientific Lecture Notes in Physics - Vol. 78. World Scientific Publishing Co.. 2009. ISBN 978-981-279-353-9.
^
T.-Y. Wu, W.-Y. Pauchy Hwang. Relativistic quantum mechanics and quantum fields. World Scientific. 1991: 321. ISBN 9810206089.
外部連結
- Particle data group
The millennium prize for proving confinement- Ab Initio Determination of Light Hadron Masses
Andreas S Kronfeld The Weight of the World Is Quantum Chromodynamics
Andreas S Kronfeld Quantum chromodynamics with advanced computing- Standard model gets right answer
- Quantum Chromodynamics
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