Глюон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Глюон
Символ: g
Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg
Состав: элементарная частица
Семья: бозон
Группа: калибровочный бозон
Участвует во взаимодействиях: сильное,
гравитационное
Античастица: сам себе (для нейтральных глюонов)
Теоретически обоснована: Гелл-Манн, Цвейг (1964)
Обнаружена: 1979
Кол-во типов: 8
Масса: 0
(теоретическое значение)
[1]
< нескольких МэВ/c2
(экспериментальное ограничение)
[2]
          Квантовые0числа:
Электрический заряд: 0[1]
Цветной заряд: r\bar{r}, g\bar{g}, b\bar{b}, r\bar{g}, r\bar{b}, g\bar{b}
Спин: 1[3] ħ
Внутренняя чётность:
Кол-во спиновых состояний: 2
Изотопический спин: 0

Глюо́ны (англ. gluon, от glue — клей) — элементарные частицы, переносчики сильного взаимодействия[4].

Говоря техническим языком, глюоны — это векторные калибровочные бозоны, непосредственно отвечающие за сильное цветовое взаимодействие между кварками в квантовой хромодинамике (КХД)[4]. В отличие от фотонов в квантовой электродинамике (КЭД), которые электрически нейтральны и не взаимодействуют[5] друг с другом, глюоны сами несут цветовой заряд и, таким образом, участвуют в сильных взаимодействиях, а не только переносят их. Это 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. (изображение интерактивно)

Свойства[править | править вики-текст]

Глюон — это квант векторного (то есть обладающего единичным спином и отрицательной внутренней чётностью) поля в КХД. Он не имеет массы. В квантовой теории поля ненарушенная калибровочная инвариантность требует, чтобы калибровочный бозон был безмассовым[1] (эксперимент ограничивает массу глюона сверху значением не более нескольких МэВ[2]). Все эти свойства (а также нулевой электрический заряд) сближают его с фотоном.

В то время как массивные векторные частицы имеют три состояния поляризации, безмассовые векторные калибровочные бозоны, такие, как глюон и фотон, имеют только две возможных поляризации из-за того, что калибровочная инвариантность требует поперечной поляризации.

Глюон обладает нулевым изоспином. Бесцветные глюоны g_3 и g_8 являются античастицами самим себе.

Нумерология глюонов[править | править вики-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}, \qquad g_2=-i(r\bar{b}-b\bar{r})/\sqrt{2},
g_4=(r\bar{g}+g\bar{r})/\sqrt{2}, \qquad g_5=-i(r\bar{g}-g\bar{r})/\sqrt{2},
g_6=(b\bar{g}+g\bar{b})/\sqrt{2}, \qquad g_7=-i(b\bar{g}-g\bar{b})/\sqrt{2}.

Бесцветные глюоны:

g_3=(r\bar{r}-b\bar{b})/\sqrt{2}, \qquad 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 вики-текст]

Экспериментальные наблюдения[править | править вики-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 глюонов, оторванных от протона при соударении) пока не был обнаружен/сгенерирован.

Конфайнмент[править | править вики-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[6] (его время жизни слишком мало, чтобы образовывать связанные состояния[7]).

На очень малых расстояниях глубоко внутри адронов взаимодействие между глюонами и кварками постепенно спадает — проявление асимптотической свободы[8].

Существуют некоторые указания на существование экзотических адронов, имеющих число валентных кварков больше 3 (см. Пентакварк).

См. также[править | править вики-текст]

  • Померон — возникает при попытке вытаскивания части глюонного облака из протона[9].

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Боголюбов Н.Н., Логунов А.А., Оксак А.И., Тодоров И.Т. Общие принципы квантовой теории поля. — Москва: Наука, 1987. — С. 226, 227. — 616 с.
  • Jean Letessier, Johann Rafelski, T. Ericson, P. Y. Landshoff. Hadrons and Quark-Gluon Plasma. — Cambridge University Press, 2002. — 415 p. — ISBN 9780511037276.

Ссылки[править | править вики-текст]