Värivaraus

Hiukkasfysiikassa väri ei tarkoita mitään silmin havaittavaa väriä, vaan sillä kuvataan erästä kvarkkien ja gluonien ominaisuutta kvanttiväridynamiikan teoriassa.

Teorian synty

Normaaleissa olosuhteissa kvarkit ovat sitoutuneita hadroneiksi, mutta Paulin kieltosäännön mukaan kaksi tai useampi samanlainen fermioni ei voi olla täysin samassa kvanttitilassa yhtä aikaa, eli saman hadronin sisällä olevat kvarkit eivät saa olla täysin samassa kvanttitilassa. Jotta kieltosääntö ei rikkoontuisi, Oscar W. Greenberg esitti, että kvarkeilla on oltava värivaraus, joita on kolme erilaista. Tällöin hadronin sisällä olevien kvarkkien kvanttitila ei ole täysin identtinen, koska jokaisella niistä on eri väri.

Ominaisuudet

Värivaraus on jossain määrin analoginen kvanttisähködynamiikan (QED):n kuvailemalle sähkövaraukselle, sillä kumpikin ominaisuuksista on kvantittunut ('määrällinen'). Lisäksi sekä värivarausta kuljettava hiukkanen gluoni, että sähkövarausta kuljettava hiukkanen fotoni ovat kummatkin massattomia. Oleellinen ero väri- ja sähkövarauksen välillä on se, että fotoni ei itse ole sähköisesti varautunut, kun taas gluonilla on värivaraus.

Yksikään kvarkki ei ole värivaraukseton, vaan jokaisella kvarkilla on yksi ns. pääväreistä: punainen, sininen tai vihreä. Vastaavasti antikvarkilla on jokin antiväreistä, joita ovat antipunainen, antisininen ja antivihreä. Gluoneilla on kahdeksan erilaista väriyhdistelmää ja ne koostuvat pääväristä ja jostakin antiväristä, esimerkiksi punaisesta ja antivihreästä.

Kvanttiväridynamiikan mukaisesti hadronien kokonaisvärivaraus on oltava nolla. Värivaraus on nolla, jos hadronilla on joko kaikki kolme pääväriä (baryoni), kaikki kolme antiväriä (antibaryoni) tai väri ja sitä vastaava antiväri (mesoni). Hadronin sisällä olevat kvarkit vaihtelevat värejä keskenään vahvaa vuorovaikutusta välittävien gluonien avulla. Tätä tapahtuu jatkuvasti ja prosessi on hyvin nopea. Tällöinkin hadronin sisällä kvarkkien kokonaisvärivaraus pysyy nollana.

Katso myös
 Kvanttiväridynamiikka

Lähteet

Aiheesta muualla
 Tuorlan Observatorio - Kvarkki
 Hiukkasseikkailu - Värivaraus
 SLAC - Color charge 
 Scholarpedia: Color charge 

Hiukkasfysiikka