基本力和场
自然界的四种基本力，按强度增加的顺序，被认为是：(1)粒子与质量之间的引力;(2)带电荷或磁性或两者兼而有之的粒子之间的电磁力;(3)夸克之间的色力或强力;(4)微弱力，例如夸克可以改变其类型，使中子衰变成质子、电子和反中微子。将质子和中子结合成原子核并负责裂变、聚变和其他核反应的强大力原则上来源于颜色力。因此，核物理与QCD有关，就像化学与原子物理学有关一样。
根据量子场论，四种基本相互作用中的每一个都是由量子交换介导的，称为矢量规范玻色子，它们具有某些共同特征。所有自旋都有一个单位的固有自旋，以普朗克常数ħ来衡量(轻子和夸克各有半个单位的自旋。规范场理论研究变换群或李群，它使量子场的基本物理学不变。李群以19世纪挪威数学家Sophus Lie的名字命名，具有一种特殊的对称性和连续性，使它们首先用于研究光滑流形(用于模拟物理过程的抽象数学空间)上的微分方程。这种对称性首先出现在电磁势方程中，电磁势是从中推导出电磁场的量。它以纯粹的形式被QCD的八个无质量胶子拥有，但在电弱理论中 - 电磁和弱力相互作用的统一理论 - 规范对称性被部分打破，因此只有光子保持无质量，与其他规范玻色子(W +，W−和Z)获得大量质量。理论物理学家继续寻求将QCD与电弱理论进一步统一，并且更加雄心勃勃地将它们与量子版本的引力统一起来，其中力将通过两个称为引力子的自旋单位的无质量量子传递。
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