Глюон

Глюоны (англ.: gluon ад glue — клей) — элементарныя часціцы, якія з'яўляюцца прычынай узаемадзеяння кваркаў.

маса	0
антычасціца	глюон
статыстыка	базон
група	калібравальны базон
узаемадзеянне	моцнае, гравітацыйнае
квантавыя лікі
электрычны зарад	0
спін	1
каляровы зарад	${\displaystyle r{\bar {r}},g{\bar {g}},b{\bar {b}},r{\bar {g}},r{\bar {b}},g{\bar {b}}}$
лік спінавых станаў	2
Іншыя ўласцівасці і звесткі
састаў часціцы	элементарная часціца
адкрыта	1979

Кажучы тэхнічнай мовай, глюоны — гэта вектарныя калібравальныя базоны, якія непасрэдна адказваюць за моцнае каляровае ўзаемадзеянне паміж кваркамі ў квантавай хромадынаміцы (КХД). У адрозненне ад нейтральных фатонаў у квантавай электрадынаміцы (КЭД), глюоны самі нясуць каляровы зарад і, такім чынам, удзельнічаюць у моцных узаемадзеяннях, а не толькі пераносяць іх. Глюон валодае здольнасцю рабіць гэта, таму што ён нясе ў сабе каляровы зарад, тым самым узаемадзейнічаючы з самім сабой, што робіць КХД значна больш складанай для разумення, чым КЭД.

Кароткі агляд розных сямействаў элементарных і састаўных часціц, і тэорыі, якія апісваюць іх узаемадзеянні. Ферміёны злева, базоны справа. (на пункты на карцінцы можна націскаць)

Уласцівасці

Глюон — гэта квант вектарнага поля ў КХД. Ён не мае масы. Як і фатон, ён валодае адзінкавым спінам. У той час, як масіўныя вектарныя (гэта значыць, з адзінкавым спінам) часціцы маюць тры станы палярызацыі, бязмасавыя калібравальныя базоны, такія, як глюон і фатон, маюць толькі дзве магчымыя палярызацыі з-за таго, што калібравальная інварыянтнасць патрабуе папярочнай палярызацыі. У квантавай тэорыі поля непарушаная калібравальная інварыянтнасць патрабуе, каб калібравальны базон быў бязмасавым (эксперымент абмяжоўвае масу глюона зверху значэннем не больш за некалькі МэВ). Глюон валодае адмоўнай унутранай цотнасцю і нулявым ізаспінам. Ён з'яўляецца антычасціцай самому сабе.

Нумералогія глюонаў

У адрозненне ад адзінага фатона ў КЭД ці трох W- і Z-базонаў, якія пераносяць слабае ўзаемадзеянне, у КХД існуе 8 незалежных тыпаў глюонаў.

Кваркі могуць несці тры тыпы каляровага зараду; антыкваркі — тры тыпы антыкаляровага. Глюоны могуць быць асэнсаваны як носьбіты адначасова колеру і антыколеру, альбо як тлумачэнне змены колеру кварка пры ўзаемадзеяннях. Зыходзячы з таго, што глюоны нясуць ненулявы каляровы зарад, можна падумаць, што існуе толькі шэсць глюонаў. Але на самай справе іх восем, таму што, кажучы тэхнічнай мовай, КХД — гэта калібравальная тэорыя з SU(3)-сіметрыяй. Кварк прадстаўлены як поле спінараў у N_f водарах, кожны ў фундаментальным прадстаўленні (трыплет, пазначаецца 3) каляровай калібравальнай групы, SU(3). Глюоны з'яўляюцца вектарнымі палямі ў далучаным прадстаўленні (актэт, абазначаюцца 8) каляровай SU(3)-групы. Наогул кажучы, для калібравальнай групы лік пераносчыкаў ўзаемадзеяння (такіх як фатоны і глюоны) заўсёды роўны размернасці далучанага прадстаўлення. Для простага выпадку SU(N) размернасць гэтага прадстаўлення роўная N²-1.

У тэрмінах тэорыі груп сцвярджэнне, што сінглетныя па колеры глюоны адсутнічаюць, з'яўляецца проста заявай, што квантавая хромадынаміка мае сіметрыю SU(3), а не U(3). Апрыёрных прычын для перавагі той ці іншай групы няма, але эксперымент ўзгадняецца толькі з SU(3).

Каляровыя глюоны:

${\displaystyle g_{1}=(r{\bar {b}}+b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle g_{2}=-i(r{\bar {b}}-b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$
${\displaystyle g_{4}=(r{\bar {g}}+g{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle g_{5}=-i(r{\bar {g}}-g{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$
${\displaystyle g_{6}=(b{\bar {g}}+g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle g_{7}=-i(b{\bar {g}}-g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$

Бясколерныя глюоны:

${\displaystyle g_{3}=(r{\bar {r}}-b{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$

${\displaystyle g_{8}=(r{\bar {r}}+b{\bar {b}}-2g{\bar {g}})/{\sqrt {6}}}$

Трэці бясколерны стан:

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

не існуе.

Эксперыментальныя назіранні

Першы прамы эксперыментальны доказ існавання глюонаў быў атрыманы ў 1979 годзе, калі ў эксперыментах на электрон-пазітронным калайдары PETRA у даследчым цэнтры DESY (Гамбург, ФРГ) былі выяўлены падзеі з трыма адроннымі струменямі, два з якіх спараджаюцца кваркамі і трэці — глюонам. Ускосны доказ існавання глюонаў быў атрыманы на дзесяць гадоў раней пры колькасным аналізе працэсу глыбока няпругкага рассейвання электронаў на пратоне/нейтроне, праведзеным у амерыканскай лабараторыі SLAC.

У 2005 годзе на рэлятывісцкім калайдары цяжкіх іонаў RHIC была атрымана кварк-глюонная плазма.

Глюбол (часціца, якая складаецца з адных глюонаў) пакуль не быў знойдзены.

Канфайнмент

Свабодныя кваркі да гэтага часу не назіраліся, нягледзячы на шматгадовыя спробы, аналагічная сітуацыя і з глюонамі. Аднак у Фермілабе было статыстычна выяўлена адзіночнае нараджэнне топ-кварка (яго час жыцця занадта малы, каб утвараць звязаны стан).

Існуюць некаторыя ўказанні на існаванне экзатычных адронаў, якія маюць лік валентных кваркаў больш за 3.

Спасылкі

• Зводная табліца ўласцівасцей глюона // Particle Data Group (англ.)
• Удивительный мир внутри атомного ядра // elementy.ru (відэа) (руск.)