Tijekom pedeset i šezdeseti godina općenito se vjerovalo da se slaba i jaka nuklearna sila ne mogu renormizirati

To bi naime zahtijevalo beskonačan broj beskonačnih odbitaka da ih se učini konačnim. Postojao bi beskonačan broj konačnih ostataka koji ne bi bili određeni teorijom. Takva jedna teorija ne bi imala snagu predviđanja, jer se nikad ne bi moglo izmjeriti sveukupan beskonačan broj parametara. Međutim, 1971. je Gerard’t Hooft pokazao da se jedan jedinstven model elektromagnetskog i slabog međudjelovanja, što su ga ranije bili predložili Abdus Ealam i Steven Weinberg, ipak može renormalizirati sa samo nekim konačnim brojem beskonačnih odbitaka.

U Salam-Weinbergovoj teoriji, foton — čestica sa spinom 1 – udružen je s tri druga partnera spina 1, nazvanih W+ , W” i Z°. Teorija je predviđala da se na vrlo velikim energijama ove četiri čestice ponašaju na sličan način. Međutim, za objašnjenje činjenica da na nižim energijama foton ima masu mirovanja nula, dok su naprotiv sve tri druge čestice, W, W i Z° vrlo masivne, prizvana je u pomoć pojava zvana spontano lomljenje simetrije. Niskoenergetska predviđanja teorije značajno dobro su se slagala s promatranjima, što je vodilo Švedsku akademiju da 1979. dodijeli Nobelovu nagradu za fiziku Salamu, Weinbergu i Sheldonu Glashowu, koji je također oblikova sličnu jedinstvenu teoriju.

Međutim, i sam Gla-show je bio iznio opasku kako se Nobelov komitet pritom prilično kockao, jer još nemamo čestični akcelerator dovoljno visoke energije za provjeru teorije u uvjetima kada ujedinjenje elektromagnetskih sila (nošenih fotonima) i slabih sila (nošenih W+ , W i Z° česticama) stvarno i nastupa. Dovoljno jaki ubrzivači bit će gotovi za nekoliko godina, i većina fizičara je uvjerena da će oni potvrditi Salam-Weinbergovu teoriju.* Uspjeh Salam-Weinbergove teorije doveo je do potrage za sličnom renormalizirivom teorijom jakog međudjelovanja.

Već se dosta rano uvidjelo da proton i drugi hadroni, poput pi-mezona, ne bi mogle biti prave ele-mentalne čestice, već da bi morale biti neka vezna stanja drugih, elementarnijih čestica, zvanih kvarkovi.

Čini se da ovi imaju neobično svojstvo da, premda se mogu slobodno gibati unutar hadrona, izgleda da je nemoguće pribaviti samo jedan jedini izdvojeni kvark; uvijek su ili u skupinama po tri (npr. proton ili neutron) ili u parovima kvark-antikvark (npr. pi-mezon) Za objašnjenje to- *Ovaj je članak napisan prije nego se to doista i ostvarilo.

Naime, W i Z čestice otkrivene su 1983. nakon što je proradio novi CERN-ov akcelerator, a za to otkriće dobiše Nobelovu nagradu 1984. Carlo Rubbia i Simon van der Meer, koji su bili na čelu skupine istraživača u CERN-u. Osoba koju je nagrada mimoišla bio je ‘t Hooft ga, kvarkovima je pridodano svojstvo zvano boja. Valja naglasiti da ta riječ “boja” nema ništa zajedničkog s našim uobičajenim viđenjem boje; kvarkovi su premaleni da bi se vidjeli u vidljivoj svjetlosti. To je samo jedno prikladno ime.

Zamisao je da kvarkovi dolaze u tri boje — zelenoj, crvenoj i plavoj — ali da neko izolirano vezno stanje, kakvo je hadron, mora biti bezbojno, i to ili kombinacija crvenog, zelenog i plavog, kao što je slučaj kod protona, ili mješavina crvenog i anticrvenog, zelenog i antizelenog, plavog i antiplavog, što je slučaj kod pi-me-zona. Pretpostavlja se da jaka međudjelovanja između kvar-kova nose čestice spina 1 zvane gluoni, nešto poput čestica koje nose slabo međudjelovanje.

Gluoni također imaju boju, a zajedno s kvarkovima pokoravaju se renormalizirivoj teoriji zvanoj kvantna kromodinamika ili skraćeno QCD. Posljedica postupka renormalizacije je ta da djelatna konstanta vezanja u teoriji zavisi o enegiji pri kojoj je mjerena, a na vrlo visokim energijama opada na nulu. Ova pojava poznata je kao asimptotska sloboda.

To znači da se kvarkovi unutar hadrona ponašaju gotovo poput slobodnih čestica pri visokoenergetskom sudaru, tako da se smetnje u njihovom ponašanju mogu uspješno obrađivati teorijom smetnji. Predviđanja teorije smetnji su u razumno kvalitativnom slaganju s promatranjem, ali još uvijek se ne može doista izjaviti da je teorija eksperimentalno potvrđena. Pri niskim energijama, djelatna konstanta vezanja postaje vrlo velika i teorija smetnji se ruši. Izražene su nade da će to “infracrveno ropstvo” objasniti zašto su kvarkovi uvijek zatvoreni u bezbojno vezno stanje, no dosad još nitko nije mogao pokazati da je ta nada uvjerljiva.