Gluone

Gluone
Composizione	Particella elementare
Famiglia	Bosone
Gruppo	Bosone di gauge
Interazione	Interazione forte
Simbolo	g
N° tipi	8
Massa	0 MeV/c2 (Valore teorico) <20 MeV/c2 (Limite sperimentale)
Carica elettrica	0
Carica di colore	non zero
Spin	1
N° stati di spin	2

Diagramma di Feynman con l'emissione di un gluone (g)

In fisica i gluoni sono i bosoni di gauge della interazione forte.

Hanno carica elettrica zero, elicità 1 e generalmente si assume che abbiano massa nulla.

Il termine deriva dall'inglese glue (colla), in quanto tengono "incollati" i quark nei protoni e nei neutroni, e un loro stato legato viene definita in inglese glueball (palla di colla).

Concetti generali

I gluoni sono bosoni di gauge che mediano la forza cromatica tra la carica di colore dei quark nella cromodinamica quantistica (QCD). Essendo responsabili dell'attrazione fra i quark negli adroni, come per esempio i protoni e i neutroni, garantiscono la stabilità del nucleo atomico.

A differenza del fotone neutro nell'elettrodinamica quantistica (QED), i gluoni partecipano all'interazione forte, essendo dotati essi stessi di carica di colore, il che rende più complessa l'analisi matematica della forza nucleare forte. Quando due quark si scambiano un gluone, la loro carica di colore cambia: il gluone, nel gioco attrattivo legante esprime due cariche di colore: un colore e un anti-colore; questo per compensare le cariche evidentemente contrastanti dei diversi quark che deve mantenere uniti. Poiché i gluoni stessi sono portatori di una carica di colore, possono interagire tra loro e sono soggetti al fenomeno del confinamento, per il quale non possono esistere isolati ma solo a gruppi (glueball) .

Le prime tracce sperimentali dei gluoni furono trovate all'inizio degli anni ottanta nell'electron-positron-collider PETRA del DESY di Amburgo, quando vennero riscontrate prove di una struttura a tripla emissione: la terza emissione venne attribuita all'emissione di un gluone da parte di uno dei quark prodotti.

Carica di colore

Nella fisica delle particelle, la carica di colore è una proprietà dei quark e dei gluoni che è in relazione con la loro interazione forte nel contesto della cromodinamica quantistica (QCD: Quantum Chromo Dynamics). Ciò è analogo alla nozione di carica elettrica delle particelle, ma il fatto che il gluone (la particella di gauge che media l'interazione forte) sia dotato di carica di colore, a differenza del fotone, che è elettricamente neutro, comporta alcune sostanziali differenze. Il colore di quark e gluoni non ha nulla a che vedere con i colori percepiti dall'occhio umano.

Poco dopo la proposta dell'esistenza dei quark avvenuta nel 1964, Oscar W. Greenberg avanzò il concetto di carica di colore per spiegare come quark con caratteristiche identiche possono coabitare all'interno degli adroni e al contempo soddisfare il principio di esclusione di Pauli.

Composizione dei gluoni

I gluoni hanno due componenti di carica di colore: un colore e un anti-colore. Chiamando r, g, b le componenti rosse, verdi e blu (red, green e blue), i gluoni base possibili sono:

$r{\bar {r}},r{\bar {g}},r{\bar {b}},g{\bar {r}},g{\bar {g}},g{\bar {b}},b{\bar {r}},b{\bar {g}},b{\bar {b}}$

Una possibile base di gluoni è la seguente (ottetto dei colori):

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

$-i(r{\bar {b}}-b{\bar {r}})/{\sqrt {2}}$

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

$-i(r{\bar {g}}-g{\bar {r}})/{\sqrt {2}}$

$(b{\bar {g}}-g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}$

$-i(b{\bar {g}}-g{\bar {b}})/{\sqrt {2}}$

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

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

Un'altra possibile scelta della base di gluoni è:

$(r{\bar {g}})$

$(r{\bar {b}})$

$(g{\bar {b}})$

$(g{\bar {r}})$

$(b{\bar {r}})$

$(b{\bar {g}})$

$(r{\bar {r}}-g{\bar {g}})/{\sqrt {2}}$

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

Quindi, vi sono in realtà solo 8 gluoni indipendenti.

Bibliografia

• Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4
• Grozin, A., Heavy quark effective theory, Springer, Berlin, 2004, ISBN 3-540-20692-2
• Kaufmann (ed): Particles & Fields, Scientific American (special edition), 1980
• P. Söding, On the discovery of the gluon, in European Physical Journal H, vol. 35, nº 1, 2010, pp. 3–28, DOI:10.1140/epjh/e2010-00002-5.

Voci correlate

• Quark (particella)
• Adrone
• Bosone di gauge
• Bosone vettore intermedio
• Bosone vettore
• Glueball
• Cromodinamica quantistica
• Matrici di Gell-Mann
• Modello standard
• Evento a tre jet
• Plasma di quark e gluoni

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Collegamenti esterni

• Summary tables in the "Review of particle physics", su pdg.lbl.gov.
• DESY glossary, su desy.de.
• Logbook of gluon discovery, su symmetrymag.org.
• Why are there eight gluons and not nine?, su math.ucr.edu.

Controllo di autorità	GND (DE) 4157702-4