La Cromodinámica cuántica (QCD) como analogía de la QED

Así como esta teoría de la electrodinámica cuántica (QED) describe como las partículas cargadas interactúan a través del intercambio de fotones; al desarrollar el estudio de los Quarks (que veremos en la próxima sección), uno de los tipos de partículas componentes de la materia conocida (protones y neutrones), se creo por analogía, la teoría de la Cromodinámica quántica (QCD). Esta teoría describe como los quarks interactúan entre ellos a través del intercambio de gluones. El nombre cromo surge de una propiedad particular que los quarks y los gluones tienen la cual es análoga a la carga eléctrica, y a la que se le da el nombre de carga de color. No significa que tengan color sino que se utiliza esta nomenclatura como una forma de distinguir una propiedad característica de estas partículas al estudiar el tipo de fuerzas por las que se unen o se rechazan. Los tres colores que se usan para denominar o distinguir a los quarks son rojo, azul y verde; algunos físicos cambian este ultimo por el amarillo. 

El fundamento de esta teoría, soportado por un desarrollo matemático complejo y avanzado, es que solamente pueden existir combinaciones de quarks que sean incoloras. Esto se logra de dos formas diferentes: 

· Tres quarks de diferentes colores dan una unión posible al ser incolora, tal como la combinación de un electrón (-) y un protón (+) da una combinación estable de carga neutra. 

· Una combinación de un par quark-antiquark también es incolora y por lo tanto posible. 

Estas reglas de combinación se aplican a la conformación de todas las partículas, es así como veremos en la conformación de los protones y los neutrones mediante quarks, que el tema del color de los mismos debe tenerse en cuenta. 

A comienzos de 1970, Murray Gell-Mann y Harald Fritzsch desarrollaron una aproximación a través de la teoría de los campos para describir las diferentes interacciones que pueden existir entre estas partículas (quarks). Así se estableció que los quarks coloreados interactúan entre si mediante el intercambio de gluones. El color juega el role de la carga eléctrica en la QED, aunque en forma más compleja, dado que mientras que en la QED existe solo una carga (+) y su anti-carga (-); en la QCD existen tres colores con sus respectivos anti-colores, donde se da la siguiente regla de atracción-repulsión: 

  

Dos colores o anti-colores iguales se repelen, un color y su correspondiente anti-color experimentan la máxima atracción, colores diferentes también experimentan atracción aunque de menor grado que la anterior. 

  

Mientras que en la QED solo una partícula es necesaria para mediar en la transmisión de la fuerza electromagnética, el fotón; en la QCD son necesarias 8 partículas denominadas gluones para mediar en la transmisión de la denominada fuerza cromodinámica que es la que mantiene unidos a los quarks. El tema es aun mas complicado, porque los quarks pueden cambiar de color, por lo que los gluones deben también tener la característica del color para así poder llevar color de un quark hasta otro. Por lo tanto los gluones también son afectados por la fuerza cromodinámica, aquella cuyas reglas de interacción describimos antes.