Глюон

глюон (g)
Состав	Элементарная частица
Семья	Бозон
Группа	Калибровочный бозон
Участвует во взаимодействиях	сильное, гравитационное
Кол-во типов	8
Масса	0
Теоретически обоснована	Гелл-Манн, Цвейг (1964)
Обнаружена	1979
Квантовые числа
Электрический заряд	0
Цветовой заряд	$r{\bar {r}},g{\bar {g}},b{\bar {b}},r{\bar {g}},r{\bar {b}},g{\bar {b}}$
Спин	1 ħ
Кол-во спиновых состояний	2
Медиафайлы на Викискладе

Глюо́ны (англ. glue — клей) — элементарные частицы, являющиеся причиной взаимодействия кварков, а также косвенно ответственные за соединение протонов и нейтронов в атомное ядро.

Говоря техническим языком, глюоны — это векторные калибровочные бозоны, непосредственно отвечающие за сильное цветовое взаимодействие между кварками в квантовой хромодинамике (КХД). В отличие от нейтральных фотонов в квантовой электродинамике (КЭД), глюоны сами несут цветовой заряд и, таким образом, участвуют в сильных взаимодействиях, а не только переносят их. Глюон обладает способностью делать это, так как он несёт в себе цветовой заряд, тем самым взаимодействуя с самим собой, что делает КХД значительно более сложной для понимания, чем КЭД.

Свойства

Глюон — это квант векторного поля в КХД. Он не имеет массы. Как и фотон, он обладает единичным спином. В то время, как массивные векторные (то есть обладающие единичным спином) частицы имеют три состояния поляризации, безмассовые калибровочные бозоны, такие, как глюон и фотон, имеют только две возможных поляризации из-за того, что калибровочная инвариантность требует поперечной поляризации. В квантовой теории поля ненарушенная калибровочная инвариантность требует, чтобы калибровочный бозон был безмассовым (эксперимент ограничивает массу глюона сверху значением не более нескольких МэВ). Глюон обладает отрицательной внутренней чётностью и нулевым изоспином. Он является античастицей самому себе.

Нумерология глюонов

В отличие от единственного фотона в КЭД или трёх W- и Z-бозонов, переносящих слабое взаимодействие, в КХД существует 8 независимых типов глюонов.

Кварки могут нести три типа цветового заряда; антикварки — три типа антицветового. Глюоны могут быть осмыслены как носители одновременно цвета и антицвета, либо как объяснение изменения цвета кварка во время взаимодействий. Исходя из того, что глюоны несут ненулевой цветовой заряд, можно подумать, что существует только шесть глюонов. Но на самом деле их восемь, так как говоря техническим языком, КХД — это калибровочная теория с SU(3)-симметрией. Кварки представлены как поля спиноров в N_f ароматах, каждый в фундаментальном представлении (триплет, обозначается 3) цветовой калибровочной группы, SU(3). Глюоны являются векторными полями в присоединённом представлении (октеты, обозначаются 8) цветовой SU(3)-группы. Вообще говоря, для калибровочной группы число переносчиков взаимодействия (таких как фотоны и глюоны) всегда равно размерности присоединённого представления. Для простого случая SU(N) размерность этого представления равна N²-1.

В терминах теории групп утверждение, что синглетные по цвету глюоны отсутствуют, является просто заявлением, что квантовая хромодинамика имеет симметрию SU(3), а не U(3). Априорных причин для предпочтения той или другой группы нет, но эксперимент согласуется лишь с SU(3).

Экспериментальные наблюдения

Первое экспериментальное прямое доказательство существования глюонов было получено в 1979 году, когда в экспериментах на электронно-позитронном коллайдере PETRA в исследовательском центре DESY (Гамбург, ФРГ) были обнаружены события с тремя адронными струями, две из которых порождались кварками и третья - глюоном. Косвенное доказательство существования глюонов было получено на десять лет раньш при количественном анализе процесса глубоко неупругого рассеяния электронов на протоне/нейтроне, проведенном в американской лаборатории SLAC.

Конфайнмент

Конфайнмент был доказан экспериментально необнаружением (несмотря на многолетние поиски) свободных кварков в природе. Свободные глюоны также никогда не наблюдались. Однако в Фермилабе было статистически обнаружено одиночное рождение топ-кварка (его время жизни слишком мало, чтобы образовывать связанные состояния). Существуют некоторые указания на существование экзотических адронов, имеющих число валентных кварков больше 3. Предсказываемый глюбол (частица, состоящая из одних глюонов) пока не был обнаружен. Не так давно в релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC была получена кварк-глюонная плазма.

Ссылки

• Сводная таблица свойств глюона (англ.) Particle Data Group