SẮC ĐỘNG HỌC LƯỢNG TỬ
Ngay từ lúc mới sử dụng mô hình quark, các nhà bác học đã gặp phải một vấn đề nghiêm trọng. Ta hãy phân tích thực chất vấn đề này bằng thí dụ baryon (nó được gọi là cộng hưởng ). Spin của bằng 3/2. Nghĩa là, có thể được tạo thành chỉ từ ba quark u đồng nhất (không phân biệt) có spin 1/2 (vì các hình chiếu của spin lên một trục thích hợp bằng 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2). Theo các định luật của cơ học lượng tử, trạng thái bền của hạt ứng với trạng thái có năng lượng nhỏ nhặt mà trạng thái này luôn luôn đối xứng về mặt không gian, nghĩa là ba quark u trong nằm ở một và cùng một trạng thái. Nhưng điều đó bị cấm bởi nguyên lý Pauli. Đúng là mâu thuẫn, mà còn nghiêm trọng nữa: mô hình quark dự đoán sự tồn tại các trạng thái bị cấm bởi nguyên lý Pauli.
Một số nhà bác học đã nêu ra cách khắc phục khó khăn này: các nhà vật lý Xô viết N.N. Bogolyubov, B.V.Struminsky, A.N.Tavkhelidze và nhà vật lý người Nhật Y.Nambu. Nguyên lý Pauli không bị vi phạm nếu cho rằng các quark u trong còn khác nhau ở giá trị của một số lượng tử có khả năng nhận ba (và chỉ có ba) giá trị khác nhau. Nó được gọi là số lượng tử màu vì chính sự kết hợp của ba màu cơ bản sẽ cho tất cả sự phong phú về màu sắc của thế giới quanh ta.
Như vậy người ta cho rằng: màu quark sẽ ở tại một trong ba trạng thái màu sắc (ta chọn ước lệ là màu xanh lam, vàng và đỏ). Ví dụ, quark u có thể nằm ở trạng thái uv, ux, uđ. Các phản quark có các màu phụ (lần lượt là tím, da cam, xanh lục). Theo định nghĩa, màu sắc của các quark không bao giờ tự biểu lộ, nghĩa là các hađron thực luôn luôn không có màu. Nói cách khác, trong thế giới các hađron ngự trị một đối xứng màu nghiêm ngặt.
Đặc tính vừa được đưa vào của các quark, như đã thấy rõ, có ý nghĩa sâu sắc hơn nhiều so với việc dùng một dấu hiệu đơn giản chỉ để phân biệt trạng thái này với trạng thái kia của chúng. Màu của các quark giống như điện tích Q. Điện tích có bản chất động lực: nó đồng thời vừa là đặc tính của đối tượng vừa là đặc tính tương tác của đối tượng này với các đối tượng khác. Điện tích Q sinh ra xung quanh hạt một trường điện từ, nghĩa là nguồn phát ra trường này.
Tích màu cũng quyết định tính chất tương tác giữa các quark, tạo ra xung quanh chúng một trường màu. Các quy tắc tương tác của các tích màu cũng giống như các quy tắc tương tác tĩnh điện: các tích màu giống nhau thì đẩy nhau, khác màu thì hút nhau. Bởi vậy quark có màu bất kỳ đều hút về phía mình phản quark của nó , ''được nhuộm'' một màu bù trừ. Như vậy hai quark u đỏ không thể nằm ở trạng thái liên kết còn một quark u đỏ uđ cùng với phản quark xanh lục của nó uđ có thể tạo ra một meson Tóm lại, màu có bản chất động lực học. Và cũng giống như điện động lực học lượng tử - lý thuyết tương tác của các hạt tích điện với trường điện tử - thì sắc động học lượng tử lý thuyết tương tác của các hạt có tích màu với trường màu động lực được sinh ra bởi các tích này.
Sắc động lực học lượng tử có bậc đối xứng rất cao. Tất cả có ba màu được xem như bình đẳng với nhau. Ví dụ, nếu thay các quark đỏ bằng các quark xanh lam và ngược lại, thì các biểu thức mô tả tương tác của chúng vẫn giữ nguyên. Nhưng ở đây, ta không đơn thuần nói tới sự đối xứng thụ động. Sự trao đổi các màu là chìa khóa để hiểu được động lực học của các tương tác màu - các quá trình mà ở đó sự thay đổi màu của quark (phản quark) ở một nơi này được bù trừ bằng sự thay đổi ngược ở một nơi khác nào đó. Nói cách khác, tích màu như thể là chảy từ điểm này sang điểm khác. Điều đó đến lượt mình, có nghĩa là tồn tại các vật mang (truyền) tích màu.
