Kvante-kromodynamik (QCD), i fysik, teorien, der beskriver handlingen med den stærke kraft. QCD blev konstrueret analogt med kvanteelektrodynamik (QED), kvantefeltteorien for den elektromagnetiske kraft. I QED beskrives de elektromagnetiske interaktioner mellem ladede partikler gennem emission og efterfølgende absorption af masseløse fotoner, bedst kendt som ”partikler” af lys; sådanne interaktioner er ikke mulige mellem uladede, elektrisk neutrale partikler. Fotonen er beskrevet i QED som den "kraft-bærer" -partikel, der medierer eller transmitterer den elektromagnetiske kraft. Analogt med QED forudsiger kvante-kromodynamik eksistensen af kraftbærerpartikler kaldet gluoner, som transmitterer den stærke kraft mellem partikler af stof, der bærer "farve", en form for stærk "ladning." Den stærke kraft er derfor begrænset i sin virkning til opførsel af elementære subatomære partikler kaldet kvarker og af sammensatte partikler bygget fra kvarker - såsom de velkendte protoner og neutroner, der udgør atomkerner, samt mere eksotiske ustabile partikler kaldet mesoner.
subatomisk partikel: Kvantekromodynamik: Beskriver den stærke kraft
Allerede i 1920, da Ernest Rutherford navngav protonen og accepterede den som en grundlæggende partikel, var det tydeligt, at den elektromagnetiske
I 1973 blev begrebet farve som kilde til et "stærkt felt" udviklet til teori om QCD af de europæiske fysikere Harald Fritzsch og Heinrich Leutwyler sammen med den amerikanske fysiker Murray Gell-Mann. De anvendte især den generelle feltteori, der blev udviklet i 1950'erne af Chen Ning Yang og Robert Mills, hvor bærestyrpartiklerne i en styrke selv kan udstråle yderligere bærepartikler. (Dette er forskelligt fra QED, hvor de fotoner, der bærer den elektromagnetiske kraft, ikke udstråler yderligere fotoner.)
I QED er der kun en type elektrisk ladning, som kan være positiv eller negativ - i praksis svarer det til opladning og anticharge. For at forklare kvarkernes opførsel i QCD skal derimod være tre forskellige typer farveopladning, som hver kan forekomme som farve eller anticolour. De tre typer ladninger kaldes rød, grøn og blå i analogi med de primære farver i lys, skønt der overhovedet ikke er nogen forbindelse med farve i den sædvanlige forstand.
Farverneutrale partikler forekommer på en af to måder. I baryoner - subatomære partikler, der er opbygget af tre kvarker, som for eksempel protoner og neutroner - er de tre kvarker hver af en anden farve, og en blanding af de tre farver producerer en partikel, der er neutral. Mesoner er derimod bygget af par af kvarker og antikvarker, deres antimateriale modstykker, og i disse neutraliserer antikfarven i antikvarken farven på kvarken, lige så positive og negative elektriske ladninger annullerer hinanden for at producere en elektrisk neutral objekt.
Kvarker interagerer via den stærke kraft ved at udveksle partikler kaldet gluoner. I modsætning til QED, hvor de udskiftede fotoner er elektrisk neutrale, bærer gluonerne på QCD også farveopladninger. For at muliggøre alle mulige interaktioner mellem de tre kvarks farver, skal der være otte gluoner, som hver generelt bærer en blanding af en farve og en antikfarve af en anden art.
Fordi gluoner bærer farve, kan de interagere indbyrdes, og dette gør opførelsen af den stærke kraft subtilt forskellig fra den elektromagnetiske kraft. QED beskriver en kraft, der kan strække sig over uendelige rækkevidde af rummet, selvom kraften bliver svagere, når afstanden mellem to ladninger øges (adlyde en omvendt kvadratisk lov). I QCD forhindrer imidlertid vekselvirkningen mellem gluoner udsendt af farveladninger, at disse ladninger trækkes fra hinanden. I stedet for, hvis der investeres tilstrækkelig energi i forsøget på at slå en kvark ud af en proton, er resultatet i stedet oprettelsen af et kvark-antikark-par - med andre ord en meson. Dette aspekt af QCD legemliggør den observerede korte afstandskarakter af den stærke kraft, som er begrænset til en afstand på ca. 10-15 meter, kortere end diameteren til en atomkerne. Det forklarer også den tilsyneladende indeslutning af kvarker - det vil sige, de er kun blevet observeret i bundne sammensatte tilstande i baryoner (såsom protoner og neutroner) og mesoner.
