Gluon

Gluon

Nom i càrrega elèctrica dels components de la matèria.

El gluon (de la veu anglesa glue 'pegament', derivada a la seua volta del llatí glūtingues a través del francés gluer 'pegar') és el bosón portador de l'interacció nuclear forta, una de les quatre forces fonamentals. És anàlec a l'intercanvi de fotons en la força electromagnètica entre dos partícules carregades. No posseïx massa ni càrrega elèctrica, pero sí càrrega de color, per lo que ademés de transmetre l'interacció forta també la sofrix.

La teoria que postula l'existència dels gluones i descriu la seua dinàmica es denomina cromodinámica quàntica. El nom fa alusió a "pegament" (glue), ya que estes partícules són les que "unixen" els quarks dins dels nucleones.

Propietats

De la mateixa manera que el fotó, el gluon és un bosón sense massa, en espin 1. Com els quarks, els gluones tenen càrrega de color, que depén del canvi de color dels cuarks.

Els cuarks canvien de color quan s'intercanvien gluones, de tal forma que la càrrega de color total del sistema format pel cuark i el gluon, abans i despuix de l'emissió o absorció és la mateixa.

Per eixemple, si un cuark roig es torna blau en emetre un gluon, llavors és perque emet un gluon roig-antiazul (la part roja del gluon és el roig que pert el cuark, i el antiazul és per a anular el blau que el cuark guanya). El sistema té càrrega de color neta roja.

Existixen aixina mateix 8 tipos de gluones, sent cada u d'ells una combinació color-anticolor. Els cuarks i els gluones formen partícules compostes en càrrega de color total neutra (se sol dir que les partícules compostes són blanques).

Reconte de gluones

A diferència del fotó de la QED o dels tres bosones W i Z de l'interacció dèbil, en la QCD hi ha huit tipos independents de gluones.

No obstant, els gluones estan subjectes als fenomens de càrrega de color (dels que tenen combinacions de color i anticolor). Els quarks duen tres tipos de càrrega de color; els antiquarks duen tres tipos de anticolor. Els gluones poden ser considerats com a portadors tant de color com de anticolor. Açò dona nou combinacions possibles de color i anticolor en els gluones. La següent és una llista d'eixes combinacions (i els seus noms esquemàtics):

• ret–antired ($r\overline{r}$), ret–antigreen ($r\overline{g}$), ret–antiblue ($r\overline{b}$)
• green–antired ($g\overline{r}$), green–antigreen ($g\overline{g}$), green–antiblue ($g\overline{b}$)
• blue–antired ($b\overline{r}$), blue–antigreen ($b\overline{g}$), blue–antiblue ($b\overline{b}$)

Archiu:Feynman Diagram caps block 2 3g.svg

Diagrama 2: i⁺i^- → Υ(9.46) → 3g

Estos no són els estats de color reals dels gluones observats, sino estats efectius. Per a entendre correctament cóm es combinen, és necessari considerar les matemàtiques de la càrrega de color en més detall.

Estats de color singlete

A sovint es diu que les partícules estables que interactuen fortament (com els hadrones com el protón i el neutró) observades en la naturalea són "incoloras", pero més precisament es troben en un estat "color singlete", que és matemàticament anàlec a un spin estat singlete. Tals estats permeten l'interacció en atres singletes de color, pero no en atres estats de color; ya que no existixen interaccions de gluones de llarc alcanç, açò ilustra que tampoc existixen gluones en l'estat singlete.

L'estat de color singlete és:

$(r\overline{r}+b\overline{b}+g\overline{g})/\sqrt{3}.$

En atres paraules, si es poguera medir el color de l'estat, hi hauria les mateixes provabilitats de que fora roig-antirojo, blau-antiazul o vert-antiverde.

Huit estats de color

Queden huit estats de color independents, que corresponen als "huit tipos" o "huit colors" de gluones. Degut a que els estats es poden mesclar entre sí com s'ha comentat anteriorment, hi ha moltes formes de presentar estos estats, que es coneixen com el "octet de colors". Una llista comunament utilisada és:

$(r\overline{b}+b\overline{r})/\sqrt{2}$		$-i(r\overline{b}-b\overline{r})/\sqrt{2}$
$(r\overline{g}+g\overline{r})/\sqrt{2}$		$-i(r\overline{g}-g\overline{r})/\sqrt{2}$
$(b\overline{g}+g\overline{b})/\sqrt{2}$		$-i(b\overline{g}-g\overline{b})/\sqrt{2}$
$(r\overline{r}-b\overline{b})/\sqrt{2}$		$(r\overline{r}+b\overline{b}-2g\overline{g})/\sqrt{6}.$

Són equivalents a les matrius de Gell-Mann. La característica crítica d'estos huit estats en particular és que són linealmente independents, i també independents de l'estat singlete, per lo tant 3² − 1 o 2³. No hi ha manera d'afegir cap combinació d'estos estats per a produir qualsevol un atre, i també és impossible afegir-los per a fer rPlantilla:Overline, gPlantilla:Overline, o bPlantilla:Overline l'estat singlete prohibit. Hi ha moltes atres opcions possibles, pero totes són matemàticament equivalents, a lo manco igual de complicades, i donen els mateixos resultats físics.

Detalls de la teoria de grups

Formalment, la QCD és una teoria gauge en simetria gauge SU(3). Els quarks s'introduïxen com espinors en N_f sabores, cada u en la representació fonamental (triplet, denotat 3) del grup gauge de color, SU(3). Els gluones són vectores en la representació adjunta (octets, denotats 8) del color SU(3). Per a un grup de calibre general, el número de portadors de força (com a fotons o gluones) és sempre igual a la dimensió de la representació conjunta. Per al cas simple de SU(N), la dimensió d'esta representació és N² - 1.

En térmens de teoria de grups, l'afirmació de que no hi ha gluones singlete de color és simplement l'afirmació de que la cromodinámica quàntica té una simetria SU(3) en lloc d'una O(3). No es coneix cap raó a priori per a que es preferixca un grup sobre l'atre, pero com s'ha comentat anteriorment, l'evidència experimental recolza SU(3). Si el grup fora O(3), el nové gluón (singlete incoloro) es comportaria com un "segon fotó" i no com els atres huit gluones.