Глюон

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
глюон
Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg
Діаграма Фейнмана
Родина: елементарна частинка
Група: калібрувальний бозон
взаємодії: сильна взаємодія
Передбачена: 1962 (Маррі Гелл-Манн) )[1]
Відкрита: 1979
Символ: g
Число типів: 8
Маса: 0
Електричний заряд: 0
Спін: 1
Діаграма: e+e- →Y(9.46) →3g


Глюон (від англ. glue — клей) — електрично нейтральна елементарна частинка, яка відіграє таку ж роль в сильній ядерній взаємодії, як фотон – в електромагнітній.

Допускається, що нуклони складаються з кварків та глюонів, які рухаються практично вільно всередині нуклона. Глюони “склеюють” кварки всередині нуклона. Існування глюона виявляється тільки опосередковано. Згідно з гіпотезою про стале положення кварків та глюонів, енергія , яку потрібно затратити на розщеплення нуклонів, зростає зі збільшенням відстані , і тому виділення чистого кварка потребує нескінченно великої енергії.

Ці елементарні частинки несуть спеціальний кольоровий заряд сильної взаємодії (як у випадку з терміном "кварк", термін "колір" тут обрано довільно і ніякого стосунку до звичайного кольору він не має), на відміну від фотона , який опосередковує електромагнітне поле, але не має електричного заряду. Тому глюони беруть участь у сильній взаємодії, а не тільки опосередковують її. Це робить квантову хромодинаміку значно складнішою для аналізу за квантову електродинаміку. На відміну від електричного заряду, кольоровий заряд трьохвимірний. Всі частинки, які можна спостерігати в вільному стані не несуть кольорового заряду, і є так званими "білими" (або "прозорими").

Властивості[ред.ред. код]

Глюони мають спін 1 і не мають маси, тому вони мають дві спінові поляризації , проте окрім спінової поляризації вони мають кольоровий заряд, тому загальна кількість поляризацій значно більша. Хоча глюони не мають маси, нелінійні ефекти (те, що самі переносники взаємодії несуть кольоровий заряд) приводять до того, що глюони, як і кварки, не можуть вилітати з атомного ядра. На порівняно великих відстанях ( порядку розмірів нуклона ) глюони утворюють протяжні конфігурації – глюонні струни, натяг яких залежить від довжини. Таким чином, потенціальна енергія сильної взаємодії збільшується на «великих» відстанях лінійно ∼ r.

Нумерологія глюонів[ред.ред. код]

На відміну від єдиного фотона в КЕД чи трьох W- і Z-бозонів, які переносять слабку взаємодію, в КХД існує 8 незалежних типів глюонів.

Кварки можуть нести три типи кольорового заряду, антикварки – три типи антикольорового. Глюони можуть бути осмисленими, як носії одночасно кольорового і антикольорового заряду. Кольори кварків абсолютно довільно назвали червоним, зеленим і синім. Відповідно антикварки можуть бути античервоними, антизеленими і антисиніми.

В квантовій механіці стани частинок можуть додаватися згідно з принципом суперпозиції, тобто частинки можуть бути в комбінованому стані. Ілюстрацією цього є глюон в кольоровому стані

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

Це читається як «червоний-антисиній плюс синій-античервоний». ( Коефіцієнт в знаменнику необхідний для нормалізації). Якби можна було виміряти колір глюона в цьому стані, то була б ймовірність 50% того, що глюон має червоний-антисиній кольоровий заряд і така ж ймовірність, що синій-античервоний. Згідно з теорією груп , всього з трьох кольорів ( червоний, синій, зеленій) і трьох антикольорів ( античервоний, антисиній, антизелений) для глюонів можна скласти дев’ять можливих парних комбінацій колір-антиколір , причому одна з них являє собою синглет, в якому кольорові заряди нейтралізують один одного.[2]

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

В результаті дана комбінація не взаємодіє з кварками і такого роду глюона не існує. Залишається вісім глюонів, які переносять кольорову взаємодію, шість з яких мають явний колір:

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}.

А два інші – безколірні( представляють комбінації з так званим захованим кольором) :

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

Конфайнмент[ред.ред. код]

Так як глюони самі несуть кольоровий заряд, вони беруть участь в сильних взаємодіях. Ці глюон-глюонні взаємодії обмежують кольорові поля до струноподібних об’єктів, званих «трубками потоку», які зумовлюють постійну силу при розтягуванні. Завдяки цій силі, кварки обмежені межами складових частинок, адронів. Це обмежує діапазон сильної взаємодії до 1*10-15 метра, приблизно розмірів атомного ядра і унеможливлює існування у вільному стані кварків з кольоровим зарядом. Так само і глюони з кольоровим зарядом утримані всередині адрона. Вільні кварки досі не спостерігаються, не зважаючи на численні спроби їх виявлення. Аналогічна ситуація і з глюонами. На дуже малих відстанях всередині адронів взаємодія між глюонами і кварками поступово слабшає в результаті проявлення асимптотичної свободи.

Існують деякі вказівки на існування екзотичних адронів, що мають більше трьох валентних кварків ( пентакварк).

Експериментальні спостереження[ред.ред. код]

Перше пряме експериментальне підтвердження існування глюонів було отримане влітку 1979 року, коли в експериментах при високих енергіях на електрон-позитронному коллайдері PETRA (DESY) в дослідницькому центрі DESY( Гамбург, Німеччина) було виявлено події з трьома адронними пучками, два з яких породжувались кварками і третій – глюоном.[3]

Спін 1 глюона був підтверджений у 1980 році експериментами на TASSO,[4] і PLUTO.[5] Глюони відіграють важливу роль в елементарних взаємодіях між глюонами і кварками, описаних квантовою хромодинамікою і частково вивченими на електронно-позитронному коллайдері HERA в дослідницькому центрі DESY. Розподіли кількості і імпульсу глюонів в протоні (густина глюонів в протоні) досліджуються за допомогою двох експериментів H1 i ZEUS,[6] з 1996 і до сьогодні. В 2000 році на SPS[7] у ЦЕРН було заявлено про деконфайнмент, що передбачало існування нового стану матерії – кварк-глюонної плазми. Вона була виявлена на релятивістському коллайдері важких іонів (RHIC).[8] в Брукхевені протягом 2004-2010 років. Стан кварк-глюонної плазми був підтверджений у 2010 році на Великому Адронному Коллайдері в Церн у трьох експериментах: ALICE, ATLAS і CMS..[9] Передбачений глюбол (глюоній) (частинка, що складається тільки з глюонів ; хмара глюонів, відірваних від протона при зіткненні) досі не був ні виявлений, ні створений штучно.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. M. Gell-Mann (1962). Symmetries of Baryons and Mesons. Physical Review 125 (3). с. 1067–1084. Bibcode:1962PhRv..125.1067G. doi:10.1103/PhysRev.125.1067. 
  2. David Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. с. 280–281. ISBN 0-471-60386-4. 
  3. R. Brandelik (1979). Evidence for Planar Events in e+e Annihilation at High Energies. Physics Letters B 86 (2). с. 243–249. Bibcode:1979PhLB...86..243B. doi:10.1016/0370-2693(79)90830-X.  Проігноровано невідомий параметр |collaboration= (довідка)
  4. R. Brandelik (1979). Evidence for Planar Events in e+e Annihilation at High Energies. Physics Letters B 86 (2). с. 243–249. Bibcode:1979PhLB...86..243B. doi:10.1016/0370-2693(79)90830-X.  Проігноровано невідомий параметр |collaboration= (довідка)
  5. Ch. Berger (1979). Evidence for Gluon Bremsstrahlung in e+e Annihilations at High Energies. Physics Letters B 86 (3–4). с. 418. Bibcode:1979PhLB...86..418B. doi:10.1016/0370-2693(79)90869-4.  Проігноровано невідомий параметр |collaboration= (довідка)
  6. L. Lindeman (1997). Proton structure functions and gluon density at HERA. Nuclear Physics B Proceedings Supplements 64. с. 179–183. Bibcode:1998NuPhS..64..179L. doi:10.1016/S0920-5632(97)01057-8.  Проігноровано невідомий параметр |collaboration= (довідка)
  7. M.C. Abreu (2000). Evidence for deconfinement of quark and antiquark from the J/Ψ suppression pattern measured in Pb-Pb collisions at the CERN SpS. Physics Letters B 477. с. 28–36. Bibcode:2000PhLB..477...28A. doi:10.1016/S0370-2693(00)00237-9.  Проігноровано невідомий параметр |collaboration= (довідка)
  8. D. Overbye (15 February 2010). In Brookhaven Collider, Scientists Briefly Break a Law of Nature. New York Times. Процитовано 2012-04-02. 
  9. CERN (26 November 2010). "LHC experiments bring new insight into primordial universe". Прес-реліз. Переглянутий 2012-04-02.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.

Джерела[ред.ред. код]

  • Индурайн Ф. Квантовая хромодинамика. Введение в теорию кварков и глюонов. — М. : Мир, 1986. — 288 с.