Gluó

(S'ha redirigit des de: Gluons)

En física de partícules, i segons la cromodinàmica quàntica, s'anomena gluó al bosó de gauge mitjancer de la interacció forta. Aquesta interacció actua entre partícules amb càrrega de color, com són els quarks i els mateixos gluons. Això significa que els gluons poden interaccionar entre ells i per tant participen també en les interaccions fortes. Aquest és un fet característic que no es dona en la interacció dèbil o electromagnètica i que dificulta el seu tractament matemàtic. Malgrat això, aquesta característica ens porta a efectes nous molt interessants, com el confinament de color i la llibertat asimptòtica.

Infotaula de partículaGluó
En els diagrames de Feynman, els gluons emesos són representats com a espirals. Aquest diagram representa l'anihilació d'un electró i un positró.
Classificacióbosó gauge, partícula sense massa, bosó, Partícula mediadora i partícula elemental Modifica el valor a Wikidata
ComposicióPartícula elemental
EstadísticaBosònica
GrupBosó de Gauge
InteraccionsForta
Símbolg
Antipartículagluó Modifica el valor a Wikidata
TeoritzacióMurray Gell-Mann (1962)[1]
Descobertae+e → Y(9.46) → 3g: 1978 al DORIS (DESY)[2]

i

e+e → qqg: 1979 at PETRA (DESY) by TASSO, MARK-J, JADE[3]
Tipus8
MassaMeV/c2 (Valor teòric)[4]
< 0,0002 eV/c2 (Límit experimental)[5]
Desintegració encap valor Modifica el valor a Wikidata
Càrrega elèctrica0 e[4]
Càrrega de coloroctet (8 tipus linealment independents)
Espín1
Paritat−1 Modifica el valor a Wikidata
SupercompanyaGluí
Número de partícula de Monte Carlo21 Modifica el valor a Wikidata

El mot gluon ‘gluó’, fou encunyat el 1962 pel físic teòric estatunidenc Murray Gell-Mann (1929-2019) i prové de l'anglès glue, ‘cola’.[6] El 1979 es confirmà l'existència dels gluons mitjançant l'observació de la radiació dels gluons pels quarks en estudis de col·lisions de partícules d'alta energia al laboratori nacional alemany, el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), a Hamburg.[7]

Propietats generals

modifica
 
Representació d'un gluó als diagrames de Feynman.

Els gluons són bosons de gauge o intermediaris de massa nul·la, càrrega elèctrica nul·la i espín 1, se simbolitzen com g. Normalment un bosó vectorial té tres estats de spin, però per invariància de gauge un gluó només en té dos. La seva paritat intrínseca és negativa i l'isospin és zero. La teoria quàntica de camps requereix que invariàncies gauge no trencades tinguin bosons gauge de massa zero (experimentalment es limita la seva massa a uns quants MeV).

 
Diagrama de Feynman que explica la interacció entre un quark verd i un de blau que canvien de color com a conseqüència de l'intercanvi d'un gluó verd-antiblau.

Els gluons transmeten la interacció nuclear forta entre quarks. Així els quarks interactuen emetent i absorbint gluons, de la mateixa manera que les partícules carregades elèctricament interactuen mitjançant l'emissió i l'absorció de fotons.[7]

Els quarks poden tenir tres diferents càrregues de color (blau, verd i roig) i en emetre o absorbir un gluó canvien de càrrega de color. Tanmateix, els gluons són més complexos que els fotons. Aquests no tenen càrrega elèctrica, però els gluons tenen càrrega de color, la qual cosa significa que interaccionen entre ells. Els gluons es presenten en vuit possibles estats de càrrega de color (verd-antiblau, blau-antiroig...) i, per això, poden acoblar-se a les càrregues de color de quarks i antiquarks. En tenir càrrega de color, els gluons no es poden aïllar i participen en els processos d'interacció nuclear forta acoblant-se també entre si, a més de ser els intermediaris de la interacció.[6]

A diferència d'altres forces conegudes, la interacció entre quarks no disminueix amb la distància. Aquest comportament implica que és necessària una enorme quantitat d'energia per separar dos quarks, per exemple, el parell quark-antiquark que forma un mesó. Es crea una corda de gluons entre ells fins al punt que, en arribar a cert moment, és energèticament favorable la creació d'un nou parell quark-antiquark, de manera que l'estat final és de dos mesons, en lloc d'aconseguir quarks lliures. Aquest comportament és el que es denomina confinament dels quarks i fa que siguin inobservables directament.[8]

Teòricament poden existir les anomenades bolles de gluons, que són partícules formades per dos o més gluons, sense presència de quarks. Tot i que existeixen alguns candidats a ser boles de gluons, fins al moment actual no s'han identificat experimentalment amb certesa, ja que els seus nombres quàntics coincideixen amb els dels mesons ordinaris.[9]

Confinament de color

modifica

Article principal: Confinament de color.

El confinament és el procés que fa que no puguem trobar partícules amb color. Partícules com els quarks formen doncs agrupacions de dos o tres quarks, forçades per la interacció forta (actualment s'ha descobert el pentaquark). D'aquesta manera observem partícules amb un color neutral, com per exemple protons, neutrons o pions, pertanyents a les famílies dels mesons i dels hadrons.

Ens els acceleradors de partícules, on intervenen grans energies, els quarks poden intervir en una col·lisió. Quan això passa i un quark se separa de la resta de la partícula original, la força que intenta retenir el quark, de la qual els gluons en són responsables, és constant. En aquest cas, l'energia augmenta linealment amb la distància i pot ser que sigui energèticament favorable crear un parell de quark/antiquark (creant un parell es conserva el nombre bariònic i el color). Un cop creat el parell i donat que s'ha fet servir ja part de l'energia disponible, és possible que els quarks es combinin per formar un nou mesó o hadró. En el cas que l'energia disponible encara sigui prou gran aquest procés pot continuar. Aquest procés s'anomena hadronització o fragmentació. Aquest efecte limita la distància d'acció de la interacció forta a uns 10-15 metres. D'aquesta manera, d'un quark extret d'una col·lisió, es pot crear un flux de partícules que s'anomenen jets.

El fet que els gluons interaccionin amb si mateixos fa els càlculs més difícils i per això es fan servir models aproximats. Un dels models amb més èxit és el model de Lund (en anglès Lund string model).

Referències

modifica
  1. M. Gell-Mann «Symmetries of Baryons and Mesons». Physical Review, 125, 3, 1962, pàg. 1067–1084. Bibcode: 1962PhRv..125.1067G. DOI: 10.1103/PhysRev.125.1067.
  2. B.R. Stella and H.-J. Meyer «Y(9.46 GeV) and the gluon discovery (a critical recollection of PLUTO results)». European Physical Journal H, 36, 2, 2011, pàg. 203–243. arXiv: 1008.1869v3. Bibcode: 2011EPJH...36..203S. DOI: 10.1140/epjh/e2011-10029-3.
  3. P. Söding «On the discovery of the gluon». European Physical Journal H, 35, 1, 2010, pàg. 3–28. Bibcode: 2010EPJH...35....3S. DOI: 10.1140/epjh/e2010-00002-5.
  4. 4,0 4,1 W.-M. Yao et al. «Review of Particle Physics». Journal of Physics G, 33, 2006, pàg. 1. arXiv: astro-ph/0601168. Bibcode: 2006JPhG...33....1Y. DOI: 10.1088/0954-3899/33/1/001.
  5. F. Yndurain «Limits on the mass of the gluon». Physics Letters B, 345, 4, 1995, pàg. 524. Bibcode: 1995PhLB..345..524Y. DOI: 10.1016/0370-2693(94)01677-5.
  6. 6,0 6,1 Terranova, F. A Modern Primer in Particle and Nuclear Physics. OUP Oxford, 22 novembre 2021, p. 203. ISBN 9780192660046. 
  7. 7,0 7,1 Sutton, Christine. «gluon» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.
  8. Casaus, Jorge; Rodríguez Calonge, Francisco Javier; Sánchez Álvaro, Eusebio «Cromodinámica Cuántica, el color de los quarks». Revista iberoamericana de física, 1, 1, 2005, pàg. 4-11.
  9. «Diccionari de física | TERMCAT». [Consulta: 18 maig 2023].
  • (anglès) Glossari del DESY
  • (anglès) Why are there eight gluons and not nine?