Quantenchromodynamik
Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die quantenfeldtheoretische Beschreibung der starken Wechselwirkung für hohe Energien.Die Grundbausteine der Theorie sind die beiden auftretenden Teilchentypen: Quarks und Gluonen. Quarks bauen u.a. Atomkerne auf, Gluonen vermitteln die Wechselwirkung zwischen den Quarks.
Konzeptuell ist die QCD an die Quantenelektrodynamik (QED) angelehnt, die die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen (z.B. Elektron oder Positron) durch Photonen beschreibt. Analog beschreibt die QCD die Wechselwirkung farblich (oder stark) geladener Teilchen (Quarks) durch Gluonen.
Die QCD ist komplizierter als die QED, da gleichzeitig drei Farbladungstypen ('rot', 'grün' und 'blau' genannt) mit entsprechenden Antifarben ('antirot', antigrün' und 'antiblau') auftreten. Daneben tragen die Gluonen selbst auch eine Farbladung, und wechselwirken somit direkt miteinander, ein Vorgang, der bei den elektrisch neutralen Photonen nicht auftritt. Aus den genannten Gründen mag es einsichtig sein, dass Berechnungen in der QCD aufwändiger sind als in der QED.
Daneben ist die Stärke der Wechselwirkung in der QCD weitaus höher als in der QED. Das führt u.a. dazu, dass Nukleonen im Atomkern viel stärker aneinander gebunden sind als etwa die Elektronen an den Atomkern.
Dem Laien ist oft der Unterschied der elektrischen und der Farbladung (starke Ladung) nicht leicht zu vermitteln. Daher sei hier angemerkt, dass Quarks sowohl eine elektrische als auch eine Farbladung besitzen. Quarks wechselwirken also sowohl 'stark' (d.h. durch Gluonen) als auch elektromagnetisch (d.h. durch Photonen). Da die elektromagnetische Wechselwirkung deutlich geringer ist als die starke, kann man ihren Einfluss in der Regel vernachlässigen, und beschränkt sich auf den Einfluss der Farbladung. Dieses gilt allerdings nur innerhalb des Atomkerns, da die starke Wechselwirkung, mit zunehmender Entfernung der wechselwirkenden Teilchen, exponentiell, somit weitausstärker als die elektromagnetische Wechselwirkung, abnimmt. Somit ist die starke Wechselwirkung auf etwa den Atomkern beschränkt.