Глюон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Глюон
Символ: g
Состав: элементарная частица
Семья: бозон
Группа: калибровочный бозон
Участвует во взаимодействиях: сильное,
гравитационное
Теоретически обоснована: Гелл-Манн, Цвейг (1964)
Обнаружена: 1979
Кол-во типов: 8
Масса: 0
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
Кол-во спиновых состояний: 2

Глюо́ны (англ. gluon от glue — клей) — элементарные частицы, являющиеся причиной взаимодействия кварков.

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.

Мезон Мезон Барион Нуклон Кварк Лептон Электрон Адрон Атом Молекула Фотон W- и Z-бозоны Глюон Гравитон Электромагнитное взаимодействие Слабое взаимодействие Сильное взаимодействие Гравитация Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая гравитация Электрослабое взаимодействие Теория великого объединения Теория всего Элементарная частица Вещество Бозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

Свойства[править | править исходный текст]

Глюон — это квант векторного поля в КХД. Он не имеет массы. В квантовой теории поля ненарушенная калибровочная инвариантность требует, чтобы калибровочный бозон был безмассовым (эксперимент ограничивает массу глюона сверху значением не более нескольких МэВ).

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.

Глюон обладает отрицательной внутренней чётностью и нулевым изоспином. Он является античастицей самому себе.

Нумерология глюонов[править | править исходный текст]

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 Nf 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).

Цветные глюоны:

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}

Бесцветные глюоны:

g_3=(r\bar{r}-b\bar{b})/\sqrt{2} g_8=(r\bar{r}+b\bar{b}-2g\bar{g})/\sqrt{6}

Третье бесцветное состояние:

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

не существует.

Ограничения[править | править исходный текст]

Экспериментальные наблюдения[править | править исходный текст]

Первое прямое экспериментальное доказательство существования глюонов было получено в 1979 году, когда в экспериментах на электрон-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 раньше при количественном анализе процесса глубоко неупругого рассеяния электронов на протоне/нейтроне, проведённом в американской лаборатории SLAC.

В 2005 году на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC была получена кварк-глюонная плазма.

Предсказываемый глюбол (частица, состоящая из одних глюонов; облако оторванных, при соударении, от протона глюонов) пока не был обнаружен/сгенерирован.

Конфайнмент[править | править исходный текст]

Свободные кварки до сих пор не наблюдались, несмотря на многолетние попытки, аналогичная ситуация и с глюонами. Однако в Фермилабе было статистически обнаружено одиночное рождение топ-кварка (его время жизни слишком мало, чтобы образовывать связанные состояния)[источник не указан 1069 дней].

Существуют некоторые указания на существование экзотических адронов, имеющих число валентных кварков больше 3.

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]