Գլյուոն

Գլյուոն, տարրական մասնիկ, քվարկների միջև գործող ուժեղ փոխազդեցություններում հանդես է գալիս որպես փոխանակային մասնիկ (կամ տրամաչափային բոզոն)՝ համանմանությամբ երկու լիցքավորված մասնիկների միջև էլեկտրամագնիսական ուժերով տեղի ունեցող ֆոտոնների փոխանակությանը^[7]։

Գլյուոն

Ենթադաս	տրամաչափային բոզոն, զանգված չունեցող, Բոզոն, ուժային միջնորդ մասնիկներ և տարրական մասնիկներ
Տեսակ	ներատոմային մասնիկ
Դասակարգում	Տրամաչափային բոզոն
Կազմություն	Տարրական մասնիկ
Վիճակագրություն	Բոզոնային
Հիմնարար փոխազդեցություններ	Ուժեղ փոխազդեցություն
Նշանակումը	${\displaystyle g}$
Տեսություն	Մարի Գել-Ման, 1962[1]
Հայտնագործում	e+e− → Υ(9.46) → 3g. 1978-ին DORIS-ում (DESY) PLUTO փորձերով (տես գծանկար 2[2]) և e+e− → qqg. 1979-ին PETRA-ում (DESY) TASSO-ից, MARK-J, JADE և PLUTO փորձերով (տես 1 գծանկարը[3])
Տեսակների քանակ	8
Զանգված	0 (տեսական գնահատական)[4] < 0,0002 էՎ/c2 (փորձի սահմանները)[5]
Էլեկտրական լիցք	0 e[4]
Սպին	1
Սպինային վիճակներ	2
Զույգություն	−1[6]
Մոնտե Կարլո դրույթով համար	21
Gluons Վիքիպահեստում

Տեխնիկական տերմիններով գլյուոնները վեկտորական տրամաչափային բոզոններ են, որոնք քվանտային քրոմոդինամիկայում միջնորդ են քվարկների ուժեղ փոխազդեցության մեջ։ Գլյուոնները օժտված են ուժեղ փոխազդեցության գունային լիցքով։ Սրանով տարբերվում են ֆոտոններից, որոնք միջնորդ են էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության համար, սակայն օժտված չեն էլեկտրական լիցքով։ Այսպիսով գլյուոնները նաև մասնակցում են ուժեղ փոխազդեցությանը՝ միջնորդ հանդիսանալով հանդերձ, ինչն էապես դժվարացնում է քվանտային քրոմոդինամիկան՝ ի տարբերություն քվանտային էլեկտրադինամիկայի։

Հատկություններ

Գծ. 2 e⁺e⁻ → Υ(9.46) → 3g

Գլյուոնը վեկտորական բոզոն է. ինչպես ֆոտոնը, նրա սպինը նույնպես 1 է։ Ի տարբերություն 1 սպինով զանգված ունեցող մասնիկների, որոնց բևեռացման վիճակները 3-ն են, զանգված չունեցող տրամաչափային բոզոնները, ինչպես գլյուոնն է, ունեն միայն երկու բևեռացման վիճակ, քանի որ տրամաչափային ինվարիանտությունը պահանջում է, որ բևեռացումը լայնական լինի։ Դաշտի քվանտային տեսության մեջ անխզելի տրամաչափային ինվարիանտությունը պահանջում է, որ տրամաչափային բոզոնները զրո զանգված ունենան (փորձով սահմանված է, որ գլյուոնի հանգստի զանգվածը փոքր է մի քանի մէՎ/c²-ուց)։ Գլյուոնի սեփական զույգությունը բացասական է։

Դասակարգում

Ի տարբերություն քվանտային էլեկտրադինամիկայում մեկ տիպի ֆոտոնին կամ երեք W և Z բոզոններին՝ թույլ փոխազդեցության մեջ, քվանտային քրոմոդինամիկայում կան ութ տիպի անկախ գլյուոններ։

Ինտուիտիվ սա հասկանալը դժվար է։ Քվարկներն ունեն երեք տիպի գունային լիցք, հակաքվարկներն ունեն երեք տիպի հակագույն։ Գլյուոնները կարող են ունենալ և՛ գույն, և՛ հակագույն, սակայն ճիշտ հասկանալու համար այդ համակցությունը, անհրաժեշտ է մանրամասն պատկերացնել գունային լիցքի մաթեմատիկան։

Գունային լիցք և վերադրում

Քվանտային մեխանիկայում մասնիկների վիճակը կարող է ավելանալ քվանտային վերադրման սկզբունքի համապատասխան, այսինքն՝ նրանք կարող են լինել որոշակի հավանականությամբ «համակցված վիճակում»։ Գունային լիցքով գլյուոնի վիճակը նկարագրվում է

${\displaystyle (r{\bar {b}}+b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$

արտահայտությամբ։ Սա կարդացվում է «կարմիր հակակապույտ գումարած կապույտ հակակարմիր», քառակուսի արմատով գործակիցը նորմավորման համար է։ Եթե հնարավոր լինել ուղղակիորեն չափել գլյուոնի գույնն այս վիճակի համար, կստացվեր 50% հավանականություն՝ կարմիր հակակապույտ գունային լիցքի համար և 50% հավանականություն՝ կապույտ-հակակարմիր գունային լիցքի համար։

Գունային սինգլետ վիճակներ

Կայուն ուժեղ փոխազդող մասնիկների (ինչպես պրոտոնը և նեյտրոնն են, այսինքն՝ հադրոնների) համար հաճախ ասվում է, որ նրանք բնության մեջ «անգույն» են, սակայն ավելի ճշգրիտ ասած, նրանք «գունային սինգլետ» վիճակում են, ինչը մաթեմատիկորեն համարժեք է սպինի սինգլետ վիճակին^[8]։ Այսպիսի վիճակները թույլ են տալիս փոխազդեցություն այլ գունային սինգլետների հետ, սակայն ոչ այլ գունային վիճակների․ քանի որ գլյուոնների հեռազդող փոխազդեցություն գոյություն չունի, սա նաև ցույց է տալիս, որ սինգլետ վիճակում գլյուոններ գոյություն չունեն^[8]։

Գունային սինգլետ վիճակը հետևյալն է^[8]

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

Սա նշանակում է, որ եթե կարողանանք չափել վիճակի գույնը, կստանանք կարմիր-հակակարմիր, կապույտ-հակակապույտ և կանաչ-հակականաչ հավասար հավանականություններ։

Գլյուոնային ութ գույներ

Գլյուոնների «ութ գույներին» կամ «ութ տիպերին» համապատասխանում են ութ անկախ գունային վիճակներ։ Քանի որ այդ վիճակները կարող են խառնվել իրար, այս վիճակները ներկայացնելու բազմաթիվ եղանակներ կան, որոնք հայտնի են որպես «գունային օկտետներ»։ Ամենահայտնի ցանկը հետևյալն է^[8]

${\displaystyle (r{\bar {b}}+b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle -i(r{\bar {b}}-b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$
${\displaystyle (r{\bar {g}}+g{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle -i(r{\bar {g}}-g{\bar {r}})/{\sqrt {2}}}$
${\displaystyle (b{\bar {g}}+g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle -i(b{\bar {g}}-g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$
${\displaystyle (r{\bar {r}}-b{\bar {b}})/{\sqrt {2}}}$		${\displaystyle (r{\bar {r}}+b{\bar {b}}-2g{\bar {g}})/{\sqrt {6}}}$։

Սրանք համարժեք են Գել-Մանի մատրիցներին․ կարմիր-հակակարմիրը մատրիցի վերին ձախ տարրն է, կարմիր-հակակապույտը՝ վերին միջին տարրը, կապույտ-հակականաչը միջին աջ տարրն է և այլն։ Այս մասնավոր ութ վիճակների առավելագույն կարևորություն այն է, որ նրանք գծայնորեն անկախ են և անկախ են սինգլետ վիճակից․ որևէ ուրիշ վիճակ ստեղծելու տարբերակ չկա՝ ավելացնելով այդ վիճակների կոմբինացիաներ։ (Ինչպես նաև հնարավոր չէ ավելացնել դրանք՝ ստեղծելու համար rr, gg, or bb^[9], հակառակ դեպքում կարող են արգելված սինգլետ վիճակներ լինել)։ Կան շատ այլ հնարավոր ընտրություններ, սակայն դրանք մաթեմատիկորեն համարժեք են, կամ գոնե հավասարապես բարդ են և միևնույն ֆիզիկական արդյունքն են տալիս։

Խմբերի տեսության մանրամասներ

Տեխնիկապես քվանտային քրոմոդինամիկան տրամաչափային տեսություն է SU(3) տրամաչափային սիմետրիայով։ Քվարկները ներկայացվում են որպես N_f բույրերի սպինորային դաշտեր, որոնցից յուրաքանչյուրոը SU(3) գունային տրամաչափային խմբի հիմնարար ներկայացումով է (տրիպլետ)։ Գլյուոնները SU(3) լիցքի դաշտեր են Լիի խմբի միացված ներկայացումներում (օկտետներ)։ Ընդհանուր տրամաչափային խմբի համար ուժը կրող մասնիկների (ֆոտոնների կամ գլյուոնների) թիվը միշտ հավասար է Լիի ներկայացման չափականությանը։ SU(N) դեպքի համար այս ներկայացման չափականությունը N² − 1 է։

Խմբերի տեսության տերմիններով պնդումը, որ գունային սինգլետ գլյուոններ չկան, նույնն է, թե քվանտային քրոմոդինամիկան ունի ոչ թե U(3) այլ՝ SU(3) սիմետրիա։ Մի խումբը մյուսից գերադասելու ապրիորի պատճառ չկա, սակայն փորձնական վկայությունները SU(3)-ի օգտին են^[8]։

Ծանոթագրություններ

1. M. Gell-Mann (1962). «Symmetries of Baryons and Mesons». Physical Review. 125 (3): 1067–1084. Bibcode:1962PhRv..125.1067G. doi:10.1103/PhysRev.125.1067.
2. B.R. Stella and H.-J. Meyer (2011). «Υ(9.46 GeV) and the gluon discovery (a critical recollection of PLUTO results)». European Physical Journal H. 36 (2): 203–243. arXiv:1008.1869v3. Bibcode:2011EPJH...36..203S. doi:10.1140/epjh/e2011-10029-3.
3. P. Söding (2010). «On the discovery of the gluon». European Physical Journal H. 35 (1): 3–28. Bibcode:2010EPJH...35....3S. doi:10.1140/epjh/e2010-00002-5.
4. W.-M. Yao; և այլք: (2006). «Review of Particle Physics» (PDF). Journal of Physics G. 33: 1. arXiv:astro-ph/0601168. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. {{cite journal}}: Explicit use of et al. in: |author= (օգնություն)
5. F. Yndurain (1995). «Limits on the mass of the gluon». Physics Letters B. 345 (4): 524. Bibcode:1995PhLB..345..524Y. doi:10.1016/0370-2693(94)01677-5.
6. Tanabashi M., R.M. Barnett, Nakamura K., Carena M., Basaglia T., Cerri A., Chakraborty D., J.J. Beatty, Cowan G., Dahl O. et al. Review of Particle Physics // Phys. Rev. D / American Physical Society — APS, 2018. — Vol. 98, Iss. 3. — P. 33. — ISSN 1550-7998; 1550-2368; 0556-2821; 1089-4918; 2470-0010 — doi:10.1103/PHYSREVD.98.030001
7. C.R. Nave. «The Color Force». HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics. Վերցված է 2012 թ․ ապրիլի 2-ին.
8. David Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. էջեր 280–281. ISBN 0-471-60386-4.
9. J. Baez. «Why are there eight gluons and not nine?». Վերցված է 2009 թ․ սեպտեմբերի 13-ին. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (օգնություն)