Глюон

План:

1 Властивості
2 Нумерологія глюонів
3 Обмеження
4 Експериментальні спостереження
5 Конфайнмент

Введення

Глюони ( англ. gluon від glue - Клей) - елементарні частинки, які є причиною взаємодії кварків, а також побічно відповідальні за з'єднання протонів і нейтронів в атомному ядрі.

Говорячи технічною мовою, глюони - це векторні калібрувальні бозони, безпосередньо відповідають за сильне колірне взаємодія між кварками в квантової хромодинамике (КХД). На відміну від нейтральних фотонів в квантової електродинаміки (КЕД), глюони самі несуть колірної заряд і, таким чином, беруть участь в сильних взаємодіях, а не тільки переносять їх. Глюон має здатність робити це, тому що він несе в собі колірної заряд, тим самим взаємодіючи з самим собою, що робить КХД значно складнішою для розуміння, ніж КЕД.

1. Властивості

Глюон - це квант векторного поля в КХД. Він не має маси. Як і фотон, він володіє одиничним спіном. У той час, як масивні векторні (тобто володіють одиничним спіном) частинки мають три стани поляризації, безмасові калібрувальні бозони, такі, як глюон і фотон, мають тільки дві можливі поляризації через те, що калібрувальна інваріантність вимагає поперечної поляризації. В квантової теорії поля непорушення калібрувальна інваріантність вимагає, щоб калібрувальний бозон був безмасові (експеримент обмежує масу глюони зверху значенням не більше декількох МеВ). Глюон володіє негативною внутрішньої парністю і нульовим ізоспіном. Він є античастицей самому собі.

2. Нумерологія глюонів

На відміну від єдиного фотона в КЕД або трьох W - і Z-бозонів, що переносять слабка взаємодія, в КХД існує 8 незалежних типів глюонів.

Кварки можуть нести три типи колірного заряду; антикварки - три типи антіцветового. Глюони можуть бути осмислені як носії одночасно кольору і антіцвета, або як пояснення зміни кольору кварка під час взаємодій. Виходячи з того, що глюони несуть ненульовий колірної заряд, можна подумати, що існує тільки шість глюонів. Але насправді їх вісім, оскільки говорячи технічною мовою, КХД - це калібрувальна теорія з SU (3) -симетрією. Кварки представлені як поля Спінор в N _f ароматах, кожен у фундаментальному поданні (триплет, позначається 3) колірної калібрувальної групи, SU (3). Глюони є векторними полями в приєднаному поданні (октети, позначаються 8) колірної SU (3)-групи. Взагалі кажучи, для калібрувальної групи число переносників взаємодії (таких як фотони і глюони) завжди дорівнює розмірності приєднаного подання. Для простого випадку SU (N) розмірність цього подання дорівнює N -1.

У термінах теорії груп твердження, що синглетні за кольором глюони відсутні, є просто заявою, що квантова хромодинаміка має симетрію SU (3), а не U (3). Апріорних причин для переваги тієї або іншої групи немає, але експеримент узгоджується лише з SU (3).

Кольорові глюони:

$g_1 = (r \ bar {b} + b \ bar {r}) / \ sqrt {2}$		$g_2 =-i (r \ bar {b}-b \ bar {r}) / \ sqrt {2}$
$g_4 = (r \ bar {g} + g \ bar {r}) / \ sqrt {2}$		$g_5 =-i (r \ bar {g}-g \ bar {r}) / \ sqrt {2}$
$g_6 = (b \ bar {g} + g \ bar {b}) / \ sqrt {2}$		$g_7 =-i (b \ bar {g}-g \ bar {b}) / \ sqrt {2}$

Безбарвні глюони:

$g_3 = (r \ bar {r}-b \ bar {b}) / \ sqrt {2}$

$g_8 = (r \ bar {r} + b \ bar {b}-2g \ bar {g}) / \ sqrt {6}$

Третє безбарвне стан:

$(R \ bar {r} + b \ bar {b} + g \ bar {g}) / \ sqrt {3}$

не існує.

3. Обмеження

4. Експериментальні спостереження

Перше пряме експериментальне доказ існування глюонів було отримано в 1979 році, коли в експериментах на електрон-позитронного колайдері PETRA в дослідницькому центрі DESY ( Гамбург, ФРН) були виявлені події з трьома адронним струменями, дві з яких породжувалися кварками і третя - глюонів. Непрямий доказ існування глюонів було отримано на десять років раніше при кількісному аналізі процесу глибоко непружного розсіювання електронів на напротони / нейтрони, проведеному в американській лабораторії SLAC.

5. Конфайнмент

Вільні кварки до сих пір не спостерігалися, незважаючи на багаторічні спроби, аналогічна ситуація і з глюонами. Однак в Фермілабі було статистично виявлено одиночне народження топ-кварка (його час життя дуже мало, щоб утворювати пов'язані стану). Існують деякі вказівки на існування екзотичних адронів, які мають число валентних кварків більше 3. Пророкує глюбол (частка, що складається з одних глюонів) поки не був виявлений. У 2005 році на релятивістському колайдері важких іонів RHIC була отримана кварк-глюонна плазма.