Gluó
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
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.
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]
Remove ads
Propietats generals
Els gluons són bosons de gauge o intermediaris de la interacció forta. Són partícules de **massa nul·la**, **càrrega elèctrica nul·la** i **espín 1**, i es representen amb el símbol g. Tot i que un bosó vectorial té habitualment tres estats d’espín, la seva **invariància de gauge** fa que els gluons només en presentin dos. Tenen **paritat intrínseca negativa**, **isoespín zero** i, segons la teoria quàntica de camps, els bosons gauge associats a simetries no trencades han de ser de massa zero (experimentalment, la seva massa s’ha limitat a valors inferiors a uns pocs MeV).
Els gluons són els responsables de transmetre la interacció nuclear forta entre els quarks. Igual que les partícules carregades elèctricament interaccionen mitjançant fotons, els quarks ho fan mitjançant l’emissió i absorció de gluons.[7]
Els quarks poden tenir tres càrregues de color (roig, verd i blau) i en emetre o absorbir un gluó canvien necessàriament de color. Tanmateix, els gluons són molt més complexos que els fotons: mentre que aquests no tenen càrrega elèctrica, els gluons **sí que tenen càrrega de color**, fet que els permet **interaccionar entre ells**. Es presenten en **vuit possibles combinacions de color anticolo**r (com ara verd-antiblau, blau-antiroig, etc.), i poden acoblar-se a les càrregues de color de quarks i antiquarks. A causa d’aquesta propietat, els gluons no poden aïllar-se i participen de manera activa en els processos d’interacció forta, acoblant-se tant a quarks com a altres gluons.[6]
A diferència de les altres forces fonamentals, la interacció entre quarks **no disminueix amb la distància**. Això implica que separar un parell quark-antiquark requereix una energia cada vegada més gran. L’augment d’energia fa que es formi una “corda” de gluons entre ells fins que, en arribar a un cert llindar, és energèticament favorable crear un nou parell quark-antiquark. El resultat final és la formació de **dos mesons**, evitant l’obtenció de quarks lliures. Aquest mecanisme és el que s’anomena **confinament dels quarks**, i explica per què no s’observen mai de forma aïllada.[8]
Teòricament poden existir les anomenades **boles de gluons**, partícules compostes exclusivament per gluons, sense presència de quarks. Tot i que hi ha alguns candidats experimentals, cap d’ells no ha estat identificat de manera concloent, ja que els seus nombres quàntics coincideixen amb els dels mesons ordinaris.[9]
Remove ads
Confinament de color
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).
Remove ads
Observacions experimentals
Quarks i gluons (colorejats) es manifesten fragmentant-se en més quarks i gluons, que alhora s'hadronitzen en partícules normals (incolores), correlacionades en dolls. Com es va revelar a les conferències d'estiu del 1978,[2] el detector PLUTO al col·lisionador electró-positró DORIS (DESY) va produir la primera evidència que les desintegracions hadròniques de la ressonància molt estreta Υ(9.46) podien interpretar-se com a topologies de esdeveniment de tres raigs produïdes per tres gluons. Posteriorment, les anàlisis publicades pel mateix experiment van confirmar aquesta interpretació i també la naturalesa d'espín = 1 del gluó[10][11] (vegeu també el record[2] i els experiments PLUTO).
A l'estiu 1979, a energies més altes al col·lisionador electró-positró PETRA (DESY), de nou es van observar topologies de tres raigs, ara interpretades com bremsstrahlung de gluons qq, ara clarament visibles, per TASSO,[12] MARK-J[13] i els experiments PLUTO[14] (posteriorment el 1980 també per JADE[15]). La propietat d'espín = 1 del gluó va ser confirmada el 1980 per TASSO[16] i els experiments PLUTO[17] (vegeu també la ressenya[3]). El 1991 un experiment posterior a l'anell d'emmagatzematge LEP al CERN va confirmar de nou aquest resultat.[18]
Els gluons juguen un paper important en les interaccions fortes elementals entre quarks i gluons, descrites per QCD i estudiades particularment al col·lisionador electró-protó HERA a DESY. El nombre i la distribució del moment dels gluons al protó (densitat de gluons) han estat mesurats per dos experiments, H1 i ZEUS,[19] als anys 1996-2007. La contribució del gluó a l'espí del protó ha estat estudiada per l'experiment HERMES en HERA.[20] També s'ha mesurat la densitat de gluons al protó (quan es comporta hadrònicament).[21]
El confinament de color es verifica pel fracàs de les cerques de quarks lliures (recerques de càrregues fraccionàries). Els quarks es produeixen normalment en parells (quark + antiquark) per compensar els números quàntics de color i sabor; no obstant això, a Fermilab s'ha demostrat la producció única de quark tops.[a][22] No s'ha demostrat el glueball.
El deconfinament es va afirmar el 2000 al SPS del CERN[23] a col·lisions d'ions pesats, i implica un nou estat de la matèria: plasma de quark-gluó, menys interactiu que en el nucli, gairebé com en un líquid. Es va descobrir al Col·lisionador Relativista d'Ions Pesats (RHIC) de Brookhaven en els anys 2004-2010 mitjançant quatre experiments simultanis.[24] S'ha confirmat un estat de plasma de quark-gluó al CERN Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) pels tres experiments ALICE, ATLAS i CMS en 2010.[25]
El Continuous Electron Beam Accelerator Facility del Jefferson Lab, a Newport News, Virgínia,[b] és una de les 10 instal·lacions del Departament d'Energia que investiguen sobre gluons. El laboratori de Virgínia competia amb una altra instal·lació, el Laboratori Nacional de Brookhaven, a Long Island (Nova York), pels fons per construir un nou col·lisionador d'ions d'electrons.[26] El desembre de 2019, el Departament d'Energia dels Estats Units va seleccionar el Laboratori Nacional de Brookhaven per albergar el col·lisionador d'ions d'electrons.[27]
Remove ads
Notes
Referències
Per a més informació
Enllaços externs
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads