Por la década de 1950, cuando Yang–Mills teoría fue descubierto, ya fue
sabe que la versión cuántica de la teoría de Maxwell – conocido como Quantum
La electrodinámica o QED – da una extremadamente precisa de la cuenta de
los campos electromagnéticos y de las fuerzas. De hecho, QED mejorado la precisión
para determinados anteriores predicciones de la teoría cuántica en varios órdenes de
magnitud, así como la predicción de nuevas escisiones de los niveles de energía.
Así que era natural preguntarse si no abelian teoría de gauge
se describe a otras fuerzas de la naturaleza, en particular, la fuerza débil (responsable
entre otras cosas, de ciertas formas de radiactividad) y el fuerte
o la fuerza nuclear (responsable, entre otras cosas por la unión de
los protones y neutrones en los núcleos). La masa de la naturaleza de la clásica
Yang–Mills olas era un grave obstáculo para la aplicación de Yang–Mills teoría
para el resto de las fuerzas, de los débiles y de las fuerzas nucleares de corto alcance
y muchas de las partículas son enormes. Por lo tanto, estos fenómenos no
parecen estar asociados con una larga gama de campos que describe masa
las partículas.
En la década de 1960 y 1970, los físicos superado estos obstáculos a la
interpretación física de la no-abelian teoría de gauge. En el caso de
la fuerza débil, esto se logró por la Glashow–Salam–Weinberg
la teoría electrodébil con el grupo gauge H=SU(2)×U(1). Mediante la elaboración de la
la teoría, con un adicional de "campo de Higgs", una evitarse la masa
la naturaleza de la clásica de Yang–Mills olas. El campo de Higgs, se transforma en un
representación en dos dimensiones de HH; su no-cero y aproximadamente
el valor de la constante en el vacío reduce la estructura de grupo de H
por U(1) subgrupo (en diagonal incrustado en SU(2)×U(1). Esta teoría
describe tanto el electromagnéticas y débiles fuerzas, en un más o menos
forma unificada; debido a la reducción de la estructura de grupo U(1),
el largo alcance de los campos son las del electromagnetismo sólo, de acuerdo
con lo que podemos ver en la naturaleza.
La solución para el problema de la masa de Yang–Mills campos de la
las interacciones fuertes tiene una naturaleza totalmente distinta. Que solución
no proviene de la adición de campos de Yang–Mills en la teoría, pero por
el descubrimiento de una propiedad notable de la cantidad de Yang–Mills teoría
en sí, es decir, de la teoría cuántica, cuya clásica de Lagrange es
el Yang-Mills de Lagrange. Esta propiedad es llamada "asintótica
la libertad". A grandes rasgos, esto significa que en las distancias cortas el campo
muestra el comportamiento cuántico muy similar a su comportamiento clásico; sin embargo,
en las largas distancias de la teoría clásica ya no es una buena guía para
el comportamiento cuántico de la materia.
Libertad asintótica, junto con otros teóricos y experimentales
los descubrimientos realizados en las décadas de 1960 y 1970, hizo posible describir
la fuerza nuclear por parte de un no-abelian teoría de gauge en el que el medidor
grupo G=SU(3). Los campos adicionales describir, en el clásico
nivel, "quarks", que son spin 1/2 objetos, algo análogo a la
de electrones, pero la transformación en los fundamentales de la representación de SU(3).
La no-abelian teoría de gauge de la fuerza fuerte se llama Quantum
Cromodinámica (QCD).
El uso de QCD para describir la fuerza que fue motivada por un conjunto
serie de teóricos y experimentales de los descubrimientos hechos en la década de 1960
y de la década de 1970, la participación de las simetrías y de alta energía, el comportamiento de la
las interacciones fuertes. Pero la clásica no-abelian teoría de gauge es muy
diferente de la observada mundo de las interacciones fuertes; para QCD a
describir la fuerza fuerte con éxito, deberá tener a la cuántica
a nivel de las tres propiedades siguientes, cada uno de los cuales es dramáticamente
diferente del comportamiento de la teoría clásica:
(1) debe de tener una "masa brecha;" es decir, debe ser una constante
Δ>0 tal que cada excitación del vacío de la energía en
menos Δ.
(2) debe de tener un "confinamiento de quarks," es decir, aunque la teoría de la
se describe en términos de primaria campos, tales como el quark campos,
que transformar no trivialmente bajo SU(3), la física de partículas estados
– como el protón, el neutrón, y pion-son SU(3)-invariante.
(3) debe de tener "ruptura de la simetría quiral," lo que significa que el
el vacío es potencialmente invariante (en el límite, que el quark-desnudo
masas desaparecen), sólo por debajo de un determinado subgrupo de la completa simetría
grupo que actúa sobre el quark campos.
El primer punto es necesario explicar por qué la fuerza nuclear es
fuerte, pero a muy corta distancia; la segunda es necesaria para explicar por qué nunca nos
ver quarks individuales; y la tercera es necesaria para dar cuenta de la
"la actual álgebra" teoría de la suave pions que se desarrolló en el
La década de 1960.
Tanto experimento – desde QCD tiene numerosos éxitos en la confrontación
con los experimentos y las simulaciones por ordenador, llevado a cabo desde finales de la década de
De la década de 1970, han dado un fuerte estímulo que QCD tiene la
propiedades anteriormente citadas. Estas propiedades pueden verse, en cierta medida,
en cálculos teóricos llevado a cabo en una variedad de muy
la simplificación de los modelos (como fuertemente acoplados gauge de la teoría).
Pero no son totalmente entendidos en teoría; no existe
convincente, si no matemáticamente completa, teórica
cálculo de la demostración de cualquiera de las tres propiedades en QCD, como
en oposición a una severamente simplificado de truncamiento.
