Quarks kommen frei nie einzeln, sondern nur in einem Verband von zwei oder drei vor. Solche freien Quarkverbände sind immer so zusammengesetzt, dass sich ihre Farbladungen gegenseitig aufheben. So haben beispielsweise die drei Quarks eines Protons unterschiedliche Farbladungen, die zusammen die Gesamtfarbladung “weiß” oder “neutral” ergeben. Genauso wie elektrisch geladenen Teilchen sich gegenseitig anziehen oder abstoßen, gibt es auch zwischen farblich geladenen Teilchen Wechselwirkungen. Diese Kräfte werden durch die so genannten Gluonen vermittelt, massenlosen Teilchen, die ebenfalls eine Farbladung tragen.
Lange Zeit galt die Annahme, es sei nicht möglich, eine mathematische Theorie zu formulieren, die diese extrem komplexen Wechselwirkungen beschreiben kann. Doch dann entdeckten Gross, Wilczek und Politzer 1972 eine unerwartete Eigenschaft der Gluonen: Diese Teilchen interagieren nicht nur mit den Quarks, sondern auch miteinander. Aufgrund dieser Eigenschaft nimmt die Größe der Farbladung und damit die Stärke der Farbwechselwirkung ab, je näher sich die Quarks einander annähern. Gleichzeitig steigt die Energie während einer solchen Annäherung. Die Konsequenz: Die Stärke der Farbwechselwirkung nimmt mit steigender Energie ab, eine Eigenschaft, die Asymptotische Freiheit genannt wird. Auf der anderen Seite steigt die Wechselwirkung mit zunehmendem Abstand wieder an ? der Grund dafür, dass ein einzelnes Quark nicht aus einem Atomkern entfernt werden kann.
Erst mit der Entdeckung der Asymptotischen Freiheit gelang es, die Wechselwirkungen zwischen Quarks und Gluonen bei geringem Abstand zu berechnen. Die Formulierung der darauf basierenden Quantenchromodynamik ermöglichte schließlich erstmalig, Berechnungen anzustellen, die eine hohe Übereinstimmung mit den experimentell gefundenen Ergebnissen zeigten.
