Gluon

Gluon

Dijagram 1: U Fajnmanovim dijagramima, emitovani gluoni su predstavljeni kao heliksi. Ovaj dijagram prikazuje uništavanje elektrona i pozitrona.
Kompozicija	Elementarna čestica
Statistike	Bozonska
Interakcije	Jaka interakcija
Simbol	g
Teorije	Mari Gel-Man (1962)
Otkriven	e+e− → Υ(9.46) → 3g: 1978 u DORIS (DESY) prema PLUTO eksperimentima (pogledajte dijagram 2) i e+e− → qqg: 1979 u PETRA (DESY) prema TASSO, MARK-J, JADE i PLUTO eksperimentima (pogledajte dijagram 1)
Tipovi	8
Masa	0 (teorijska vrednost) < 7000130000000000000♠1,3 meV/$c^{2}$ (eksperimentalni limit)
Naelektrisanje	0 e
Boja naboja	oktet (8 linearno zavisnih tipova)
Spin	1

Gluoni (eng. gluon, od glue: lepak koje dolazi od franc. glu: lepak [od imele] i kasnolat. glus, genitiv glutis, za klas. lat. gluten; oznaka g) su elementarne čestice koji posreduju između kvarkova povezanih jakom interakcijom. Gluoni su bezmasene nenaelektrisane bozonske čestice spina 1. Javljaju se u 8 vrsta od kojih svaka može biti u 3 boje, tj. postoje 24 različita tipa gluona. Gluoni su prenosioci jake interakcije između kvarkova, slično kao što su fotoni prenosioci elektromagnetne interakcije između naelektrisanih čestica. Kvarkovi povezani gluonima čine hadrone, kao što su protoni, neutroni i drugi.

Objašnjenje

Animacija međudelovanja jake nuklearne sile (ili rezidualne jake nuklearne sile). Mali obojeni dvostruki diskovi su gluoni.

Standardni model elementarnih čestica, s baždarnim i Higsovim bozonom.

Pregled temeljnih međudelovanja između subatomskih čestica opisanih standardnim modelom.

Poznato je da se atomsko jezgro atoma sastoji od protona i neutrona, čestica za koje se zna da su izgrađene od kvarkova. Budući da su neutroni čestice bez električnog naboja, protoni se, zbog pozitivnog naboja i male udaljenosti između njih, odbijaju velikom električnom silom, ali ipak se jezgra atoma ne raspadaju. Postavlja se pitanje zašto je to tako. Razlog tome je što je jaka nuklearna sila između kvarkova u jednom protonu i kvarkova u drugom protonu dovoljno velika da nadjača odbojnu elektromagnetsku silu između njih. Zato se jezgro atoma drži na okupu. Elementarne čestice odgovorne za jaku nuklearnu silu, to jest silu koja deluje između kvarkova nazivaju se gluonima.

Gluoni, baš kao i kvarkovi, su čestice koje imaju boju. Kvarkovi razmenjuju gluone u jakom međudelovanju i stvaraju vrlo jako polje sile boje koje drži kvarkove zajedno. Kada se kvarkovi udalje jedan od drugog, polje sile boje postane jače. Prilikom međusobne razmene gluona kvarkovi stalno menjaju boju. Budući da razmena gluona menja boju kvarkova i budući da je boja očuvana „veličina”, može se zamisliti da gluoni, za razliku od kvarkova, nose boju i antiboju. Postoji 8 različitih kombinacija boje i antiboje koje gluoni mogu nositi. Tako na primer, ako zeleni kvark emituje zeleni – antiplavi gluon, kvark mora promeniti boju u plavu jer ukupna boja mora ostati zelena. Nakon emisije gluona, plava boja kvarka se poništi sa antiplavom bojom gluona i preostala boja je zelena boja kvarka. Slika prikazuje Fajnmanov dijagram za međudelovanje (interakciju) između kvarkova.

Na ovom Fajmanovom dijagramu, elektron i pozitron anihiliraju, stvarajući foton (predstavljen plavim sinusnim talasom) koji postaje par kvark-antikvark, posle čega antikvark zrači gluon (predstavljen zelenom spiralom).

Kvarkovi unutar hadrona emituju ili apsorbiraju veliki broj gluona u jedinici vremena, tako da ne postoji mogućnost da se opazi boja pojedinačnog kvarka. Boja kvarkova u hadronima se menja tako da je ukupna boja u svakom trenutku neutralna.

Istorija

Postojanje gluona je eksperimentalno potvrđeno 1979. godine u elektronskom sinhrotronu DESY u Hamburgu u Nemačkoj. Otkriće gluona uticalo je na utemeljivanje kvantne hromodinamike (QCD), teorije o jakoj interakciji. Osnovi te teorije su postavljeni 1973. godine, za šta su Dejvid Gros, Hju Dejvid Policer i Frenk Vilček dobili Nobelovu nagradu za fiziku 2004. godine.

Interakcija između kvarkova i gluona

Za razliku od svih drugih interakcija (elektromagnetne, slabe i gravitacione), kod jake interakcije je drugačije i neobično to da na niskim temperaturama i pri malim gustinama, što su kvarkovi dalje jedan od drugog, jačina veze između njih raste. Ova osobina jake interakcije je razlog zašto slobodni kvarkovi ne postoje u prirodi.

Na jako visokim temperaturama i gustinama kvarkovi i gluoni čine kvark-gluonsku plazmu. Na osnovu Teorije Velikog praska, u milionitom delu sekunde nakon velikog praska, materija je bila jako vrela i jako gusta, tako da se univerzum sastojao od kvark-gluonske plazme. Kvark-gluonska plazma se, takođe, pretpostavlja da postoji u neutronskim zvezdama.

Prva eksperimentalno proizvedena kvark-gluonska plazma izvedena je na akceleratoru čestica RHIC u laboratoriji u Brukhejvenu u Njujorku 2000. godine, iako su prethodno postojali pokušaji da se ona prouzvede na akceleratoru u CERN-u. Ovako proizvedena kvark-gluonska plazma ima jako kratak vek trajanja, reda veličina $10^{-23}s$, nakon čega kvarkovi i gluoni postaju dovoljno hladni da formiraju materiju u vidu elementarnih čestica.

Bozon

Glavni članak: Bozoni

Bozon (po Š. N. Bozeu) je subatomska čestica celobrojnoga spina koja se podvrgava Boze-Ajnštajnovoj statistici. Grupi bozona pripadaju fotoni, gluoni, W-bozoni, Z-bozoni, Higgsovi bozoni, gravitoni, mezoni i složenije čestice koje sadrže parni broj fermiona, na primer atomska jezgra deuterijuma (²H) jer imaju spin 1 i atomske jezgre helijuma (⁴He) jer imaju spin 0. Elementarni bozoni su prenositelji temeljnih međudelovanja (fundamentalnih interakcija).

Prema standardnom modelu, s obzirom na vrednost spina, sve elementarne čestice dele se u dve velike grupe: fermione i bozone. U fermione spadaju elementarne čestice koje izgrađuju svu poznatu materiju u svemiru, dok u bozone spadaju elementarne čestice koje se nazivaju baždarni bozoni. To su bozoni koji nemaju unutrašnju strukturu, u potpunosti su elementarni i definišu se kao čestice prenosnici 3 temeljne sile prirode (jaka nuklearna sila, slaba nuklearna sila i elektromagnetna sila), ne računajući gravitaciju.

Bozon	Oznaka	Antičestica	Električni naboj Q/e	Spin	Masa (MeV/c2)
foton	γ	sam sebi	0	1	0
W-bozon	W-	W+	-1	1	80,38
Z-bozon	Z	sam sebi	0	1	91,19
gluon	g	sam sebi	0	1	0
Higsov bozon	H0	sam sebi	0	0	125,09
graviton	G	sam sebi	0	2	0

Vidi još

• Kvark
• Jaka interakcija
• Kvark-gluonska plazma

Литература

• A. Ali and G. Kramer (2011). „JETS and QCD: A historical review of the discovery of the quark and gluon jets and its impact on QCD”. European Physical Journal H. 36 (2): 245—326. Bibcode:2011EPJH...36..245A. S2CID 54062126. arXiv:1012.2288 . doi:10.1140/epjh/e2011-10047-1. 
• Close, Frank (2004). Particle Physics: A Very Short Introduction. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-280434-1. 
• Close, Frank; Marten, Michael; Sutton, Christine (2004). The Particle Odyssey: A Journey to the Heart of the Matter. The Particle Odyssey : A Journey to the Heart of the Matter. Bibcode:2002pojh.book.....C. ISBN 9780198609438. 
• Ford, Kenneth W. (2005). The Quantum World. Harvard University Press. 
• Oerter, Robert (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume. 
• Schumm, Bruce A. (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-7971-5. 
• Close, Frank (2006). The New Cosmic Onion. Taylor & Francis. ISBN 978-1-58488-798-0. 
• Robinson, Matthew B.; Bland, Karen R.; Cleaver, Gerald. B.; Dittmann, Jay R. (2008). „A Simple Introduction to Particle Physics”. arXiv:0810.3328  [hep-th]. 
• Robinson, Matthew B.; Ali, Tibra; Cleaver, Gerald B. (2009). „A Simple Introduction to Particle Physics Part II”. arXiv:0908.1395  [hep-th]. 
• Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-60386-3. 
• Kane, Gordon L. (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 978-0-201-11749-3. 
• Perkins, Donald H. (1999). Introduction to High Energy Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-62196-0. 
• Povh, Bogdan (1995). Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-59439-2. 
• Boyarkin, Oleg (2011). Advanced Particle Physics Two-Volume Set. CRC Press. ISBN 978-1-4398-0412-4. 

Спољашње везе

• Fermilab
• Particle physics – it matters Архивирано на сајту Wayback Machine (9. mart 2011) – the Institute of Physics
• Nobes, Matthew (2002) "Introduction to the Standard Model of Particle Physics" on Kuro5hin: Part 1, Part 2, Part 3a, Part 3b.