{{위키데이터 속성 추적}}
{{양자장론}}
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'''양자 색역학'''(量子色力學, {{llang|en|quantum chromodynamics}}, 약자 QCD), 또는 양자색소동역학은 [[강한 상호작용|강력]]을 설명하는 [[게이지 이론]]이다. 색역학은 [[쿼크]]와 [[글루온]]을 도입하여, 이로 이루어진 [[강입자]]의 종류와 성질을 정확히 예측한다. [[리 군]] SU(3)을 바탕으로 하며, [[전기·약 작용]] 이론과 함께 [[표준 모형]]을 이룬다.

== 수학적 구조 ==
색역학은 SU(3)을 바탕으로 하는 게이지 이론이다. 색역학의 기본 입자인 [[쿼크]]는 SU(3)의 [[기본 표현]] '''3'''을 따른다. 따라서 쿼크의 색은 세 가지다. SU(3)의 [[게이지 보손]]은 [[글루온]]이다. SU(3)이 [[아벨 군|비아벨 군]]이므로, 글루온도 색을 띤다. SU(3)이 8차원이므로, [[글루온]]은 총 여덟 가지의 색을 지닌다. SU(2)의 [[기본 표현]]을 [[파울리 행렬]]로 나타내는 것처럼, SU(3)의 8종의 색은 [[겔만 행렬]]로 나타낸다.

== 특성 ==
색역학은 두 가지의 중요한 특성을 가진다. 하나는 [[점근 자유성]]인데, 이는 높은 에너지 눈금 (혹은 작은 거리 눈금)에서 [[결합상수]]가 작아지는 것을 뜻한다. (즉, [[재규격화군]] [[베타 함수]]가 음수다.) 4차원에서 [[재규격화]]할 수 있는 이론 가운데 오직 색역학과 같은 [[게이지 이론]]만이 [[점근 자유성]]을 지닌다. 점근 자유성으로 인하여, 색역학은 [[쪽입자]] 모형의 [[뵤르켄 축척]]({{lang|en|Bjorken scaling}})을 설명한다.

색역학의 다른 중요한 성질은 [[색가둠]]이다. 색가둠은 색깔을 지니는 입자 (즉, [[쿼크]]와 [[글루온]])가 일상적인 에너지 눈금에서 독립적으로 존재하지 못하고, 무색의 [[하드론]]으로만 관측할 수 있다는 성질이다. 낮은 에너지에서는 무색의 입자([[강입자]])만 관측할 수 있다. 이는 마치 빛의 삼원색(삼중항에 해당)이 합쳐져 흰색(불변상태)이 되는 것에 비유할 수 있다. 이론적으로, 아주 높은 에너지에서는 색가둠이 깨지고, [[강입자]]가 해체하여 [[쿼크-글루온 플라스마]]를 이뤄 SU(3) 대칭을 직접 볼 수 있다. 쿼크-글루온 플라스마는 실제로 2000년에 실험적으로 관찰되었다.

== 역사 ==
양자색역학이 채택되기 전 [[강력]]을 기술하는 후보는 [[부트스트랩 모형|부트스트랩 이론]]이나 [[끈 이론]] 등이 있었다. 이 시기에는 아직 게이지 이론이 [[재규격화]]가 가능한지 알려지지 않았고, 이에 따라 [[양자장론]]에 대해서 회의적이었고, 비(非)장론적 이론이 인기를 끌었다. 그러나 이런 시도는 대개 불완전하고 예측적이지 못하였다.

[[머리 겔만]]<ref>{{저널 인용|성=Gell-Mann|이름=Murray|저자링크=머리 겔만|저널=Physics Letters|권=8|호=3|날짜=1964년 2월 1일|쪽=214–215|제목=A schematic model of baryons and mesons|doi=10.1016/S0031-9163(64)92001-3}}</ref>과 [[조지 츠바이크]]({{lang|en|George Zweig}})<ref>{{서적 인용|장=An SU<sub>3</sub> model for strong interaction symmetry and its breaking|이름=George|성=Zweig|날짜=1964년 2월 21일|제목=Developments in the Quark Theory of Hadrons|쪽=22–101|위치=Nonantum, Massachusetts|출판사=Hadronic Press|연도=1980|chapterurl=http://cdsweb.cern.ch/record/570209/files/cern-th-412.pdf|access-date=2012년 10월 13일|archive-date=2020년 7월 2일|archive-url=https://web.archive.org/web/20200702063157/http://cdsweb.cern.ch/record/570209/files/CERN-TH-412.pdf}}</ref> 가 최초로 [[강입자]]들의 질량을 [[쿼크]] 모형으로 설명하였다. 겔만은 이 공로로 1969년 [[노벨 물리학상]]을 수상하였다.

보리스 블라디미로비치 스트루민스키({{llang|ru|Борис Владимирович Струминский}})는 쿼크가 [[파울리 배타 원리]]를 따르기 위하여 다른 [[양자수]]를 지녀야 하는 사실을 지적하였고,<ref>{{저널 인용|arxiv=0904.0343|제목= A contribution to the history of quarks: Boris Struminsky's 1965 JINR publication|이름=Fyodor|성=Tkachov|bibcode=2009arXiv0904.0343T}}</ref> 이에 따라 [[한무영]]과 [[난부 요이치로]], [[오스카 그린버그|오스카 월러스 그린버그]]({{lang|en|Oscar Wallace Greenberg}})가 이 양자수가 SU(3)을 따르는 "색"이라는 가설을 세웠다. 이에 따라 한무영과 난부는 쿼크가 SU(3)을 따르는 [[게이지 보손]], 즉 [[글루온]]을 통하여 상호작용한다는 사실을 유추하였다. 이에 따라 SU(3)을 기반으로 하는 게이지 이론인 양자색역학이 정립되었다.

양자 색역학은 [[쪽입자]] 모형과 같이 [[뵤르켄 축척]](Bjorken scaling)을 근사적으로 예측하나, 색역학의 예측은 뵤르켄 축척과 조금 다르다. 실험적으로 뵤르켄 축척과 그 색역학적 수정이 관찰되면서 색역학은 실험적으로 검증되었다.

이후 [[데이비드 그로스]]와 [[프랭크 윌첵]]<ref>{{저널 인용
 |author=[[데이비드 그로스|D.J. Gross]], [[프랭크 윌첵|F. Wilczek]]
 |날짜=1973-06-25 |제목={{lang|en|Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories}}
 |journal={{lang|en|Physical Review Letters}}
 |volume=30 |issue= 26|pages= 1343–1346
 |doi=10.1103/PhysRevLett.30.1343
|bibcode=1973PhRvL..30.1343G
}}</ref>, [[데이비드 폴리처]]<ref>{{저널 인용
 |이름=H.D.|성=Politzer|저자링크=데이비드 폴리처
 |날짜=1973-06-25
 |title={{lang|en|Reliable perturbative results for strong interactions?}}
 |journal={{lang|en|Physical Review Letters}}
 |volume=30 |issue= 26|pages=1346–1349
 |doi=10.1103/PhysRevLett.30.1346
|bibcode=1973PhRvL..30.1346P}}</ref>가 색역학의 [[점근 자유성]]을 발견하였다. 이들은 양자 색역학의 [[베타 함수 (물리학)|베타 함수]]를 계산하여, 그 값이 음수임을 증명하였다. 따라서 높은 에너지 눈금에서는 색역학 [[결합 상수]]가 약해지고, [[쿼크]]는 자유 입자처럼 행동한다. 그들은 이 공로로 [[2004년]] [[노벨 물리학상]]을 수상하였다.

== 같이 보기 ==
* [[양자 전기역학]]
* [[양-밀스 이론]]
* [[양-밀스 질량 간극 가설]]
== 참고 문헌 ==
{{위키공용분류}}
{{각주}}

=== 리뷰 논문 ===
* {{저널 인용|성=Greenberg|이름=O. W.|제목=Color charge|저널=Scholarpedia|권=4|호=11|쪽=6933|연도=2009|doi=10.4249/scholarpedia.6933}}
* {{저널 인용|성=Skands|이름=Peter|제목=Introduction to QCD|연도=2012|arxiv=1207.2389}}
* {{저널 인용|성=Altarelli|이름=Guido|제목=A QCD Primer|저널=American Institute of Physics Conference Proceedings|권=631|쪽=70–111|doi=10.1063/1.1513677|연도=2002|arxiv=hep-ph/0204179}}
* {{서적 인용|성=Soper|이름=Davison E.|장=Basics of QCD perturbation theory|제목=Flavor physics for the millennium: Proceedings of the Theoretical Advanced Study Institute in Elementary Particle Physics, Boulder, Colorado, US, 4 – 30 June 2000|쪽=267–316|연도=2001|월=9|doi=10.1142/9789812811509_0007|arxiv=hep-ph/0011256|isbn=978-981-02-4562-7 |출판사=World Scientific}}
* {{저널 인용|성=Pich|이름=Antonio|제목=Quantum chromodynamics|연도=1995|arxiv=hep-ph/9505231}}
* {{저널 인용|제목=On the history of the strong interaction|이름=Heinrich|성=Leutwyler|연도=2012|arxiv=1211.6777}}

=== 교과서 ===
* {{서적 인용|성=Greiner|이름=Walter |공저자=Stefan Schramm, Eckart Stein|판=3판|연도=2007|제목=Quantum Chromodynamics|출판사=Springer|위치=Berlin, Heidelberg|isbn=978-3-540-48534-6|doi=10.1007/978-3-540-87561-1}}
* {{서적 인용|성=Ynduráin Muñoz|이름=Francisco José|연도=2006|판=4|title=The Theory of Quark and Gluon Interactions|publisher=Springer|isbn=978-3-540-33209-1|doi=10.1007/3-540-33210-3}}
* {{서적 인용|성=Peskin|이름=Michael E.|공저자=Daniel V. Schroeder|제목=An introduction to quantum field theory|출판사=Westview Press|연도=1995|월=10|url=http://physics.weber.edu/schroeder/qftbook.html|ISBN=9780201503975|쪽=222–230|확인날짜=2013-01-03|보존url=https://web.archive.org/web/20140902045539/http://physics.weber.edu/schroeder/qftbook.html|보존날짜=2014-09-02|url-status=dead}}

== 외부 링크 ==
* {{저널 인용|title=QCD made simple|author=Frank Wilczek|journal=Physics Today|volume=53|issue=8|pages=22–28|doi=10.1063/1.1310117|year=2000|url=http://frankwilczek.com/Wilczek_Easy_Pieces/298_QCD_Made_Simple.pdf|bibcode = 2000PhT....53h..22W }}
* [http://pdg.lbl.gov/ Particle data group]

{{전거 통제}}
{{소립자 물리학의 표준 모형}}

[[분류:양자색역학| ]]
[[분류:양자장론]]
[[분류:게이지 이론]]
[[분류:물리학 개념]]