色荷是夸克和胶子参与强相互作用的内在属性。描述色荷的理论——量子色动力学（QCD）——是粒子物理学标准模型的一部分。夸克的色态通常称为红、绿、蓝，但这些名称与可见的颜色毫无关系。它们标记的是一种内禀量子属性，而非粒子的外观。胶子本身也携带色荷，并传递带色荷粒子之间的相互作用。(pdg.lbl.gov)
色与反色
六种味的夸克各有三种色态。色和味是两种独立的分类：例如，上夸克可以处于三种色态中的任意一种，而不会变成另一种味的夸克。反夸克具有相应的反色态，通常称为反红、反绿和反蓝。这些颜色名称描述的是量子态的三个分量，而不是夸克内部的三种物质。(home.web.cern.ch)
色荷常被拿来与决定电磁相互作用的电荷作比较。这种类比有帮助，但并不完整。电荷由单一的电荷算符描述，而 QCD 涉及作用于色态的八个生成元。此外，传递电磁相互作用的光子不带电荷，而胶子却携带与其自身相互作用相关的荷。这一区别使胶子能够直接发生自相互作用。(arxiv.org)
数学描述
QCD 是一种对称群为 的规范理论。为了将色对称性与同一数学群的其他用途区分开来，通常将其写作 。用群论的语言来说，夸克按该群的三维基本表示变换，反夸克按其共轭表示变换，胶子则按其八维伴随表示变换。(pdg.lbl.gov)
夸克的色态属于一个三维复向量空间。红、绿、蓝是所选取的一组基的名称。一个色态可以是这些基态的量子叠加，因此，赋予它某种特定颜色取决于所采用的基。局域规范变换会改变描述方式，却不会改变物理预言。因此，色并不是孤立粒子上像颜料一样可以直接观测的标记。(damtp.cam.ac.uk)
这八个生成元用 矩阵表示。它们的作用描述了胶子相互作用如何改变夸克的色态。由于这些生成元一般不对易，QCD 被称为非阿贝尔规范理论。其量子场论既包含三胶子相互作用顶点，也包含四胶子相互作用顶点。(pdg.lbl.gov)
为什么有八种胶子
“胶子携带一种色和一种反色”这一常见说法是一种方便的简述。三种色与三种反色组合，可以张成九个态，但它们分解为
其中的八维部分对应胶子的色态。剩下的分量是色单态，并不是另一种 QCD 胶子。因此，QCD 中有八个胶子场，而不是九个。(damtp.cam.ac.uk)
六个基态可以用色与反色不对应的配对来表示。另外两个则是由色与反色对应的配对构成的、彼此独立的无迹组合。因此，用对应的色与反色来描述的胶子不一定是色中性的：真正的单态必须在任何色变换下都保持不变，而不仅仅是在某一组基中具有相互对应的标记。(damtp.cam.ac.uk)
色中性与强子
可观测的强子都是色单态。常规介子包含一个夸克和一个反夸克，其色波函数正比于
常规重子，如质子或中子，具有三个价夸克，其反对称色波函数涉及全部三种色。这些都是量子态的组合，而不是有色物体在字面意义上的混合。(damtp.cam.ac.uk)
色中性并不意味着电中性：质子是色中性的，却带有电荷。色中性也不意味着强子内部没有胶子。强子的内部结构包含胶子以及额外的夸克—反夸克成分，但其完整状态仍然是色单态。(energy.gov)
禁闭与相互作用强度
色禁闭描述的是：在可自由观测的粒子中，不存在孤立的夸克和胶子。在通量管图像中，将色荷源分开，会使场集中在它们之间，从而增加场中储存的能量。当理论包含动力学夸克时，足够的能量可以产生新的夸克—反夸克对，使系统形成更多色中性强子，而不是释放出单独的夸克。(damtp.cam.ac.uk)
在大的动量转移尺度下，强相互作用耦合会减小，这一性质称为渐近自由。因此，微扰理论可用于研究许多高能过程。在强子尺度下，耦合更强，格点量子色动力学等非微扰方法就变得重要。这种尺度依赖性影响的是相互作用强度，并不会改变夸克颜色或胶子状态的数量。(arxiv.org)
历史发展与实验证据
20 世纪 60 年代，为了解决涉及夸克统计性质和泡利不相容原理的问题，人们提出夸克还具有一种可取三个值的额外属性。奥斯卡·格林伯格以及韩茂荣与南部阳一郎等人的相关提案，推动了这一额外自由度的确立；它后来作为“色”被纳入 QCD。1973 年渐近自由的发现，支持了 QCD 作为强相互作用理论的发展。(nobelprize.org)
虽然单个颜色标记无法直接测量，但色会产生可由实验检验的效应。电子—正电子碰撞产生强子的反应率中，包含一个与夸克的三种色有关的多重性因子。胶子辐射也会通过强子化产生粒子喷注。1979 年在 PETRA 上观测到的三喷注事件提供了胶子发射的证据，而喷注分布和散射率则可以定量检验 QCD 的色结构。(arxiv.org)