Gluon er en elementærpartikkel som formidler den sterke vekselvirkningen både mellom kvarker og innbyrdes mellom gluonene selv. Gluonet spiller en tilsvarende rolle i sterke vekselvirkninger som fotonet spiller i elektromagnetiske vekselvirkninger.
Det er egentlig åtte forskjellige gluoner med forskjellige fargeladninger, men de omtales ofte bare som gluonet.
Egenskapene til gluoner beskrives av en kvantefeltteori som kalles kvantekromodynamikk.
Eksistensen av gluonet ble foreslått i 1962 av Murray Gell-Mann for å forklare egenskapene til den sterke vekselvirkningen. I likhet med kvarker må et gluon alltid være innestengt i et hadron, for eksempel i et proton. Dette gjør det utfordrende å observere gluonet direkte.
Den første eksperimentelle påvisningen av at gluonet eksisterer ble gjort i 1979 ved laboratoriet DESY i Hamburg. I en kollisjon mellom høyenergetiske elektroner og positroner der disse partiklene annihilerte, ble det skapt tre såkalte jets, det vil si strålebunter av partikler.
Prosessen på elementærpartikkelnivå er: \[\ce{\rm{elektron} + \rm{positron} -> \rm{kvark} + \rm{antikvark} + \rm{gluon}}\ .\] På grunn av en spesiell egenskap til den sterke vekselvirkningen (innestengning) vil både kvarken, antikvarken og gluonet vise seg i laboratoriet som en skur av hadroner. Denne skuren kalles en jet. Dersom det bare var kvarker i kollisjonen ville man sett to slike jetter og ikke tre som ble observert. Nordmannen Bjørn Wiik hadde en svært viktig rolle i dette eksperimentet.
Kvantekromodynamikk som beskriver gluoner ligner på teorien for kvanteelektrodynamikk som beskriver elektromagnetisme og fotoner. Den store forskjellen er at gluoner kan vekselvirke med andre gluoner, mens fotoner bare vekselvirker med elektriske ladninger, og ikke med andre fotoner.
For kollisjonsenergier større enn omtrent 1 gigaelektronvolt (GeV), som vil si energier svarende til om lag hvileenergien til et nukleon, kan man beskrive sterk vekselvirkning mellom kvarker som utveksling av gluon-partikler.
Utveksling av ett gluon er da mest sannsynlig, to gluoner litt mindre sannsynlig, tre gluoner enda litt mindre sannsynlig og så videre. På denne måten får man matematisk sett en perturbasjonsrekke, slik at man kan få en bedre og bedre beskrivelse ved å ta hensyn til summen av mange mulige utvekslinger. Dette beskrives ofte grafisk gjennom Feynman-diagrammer.
En slik framstilling med en perurbasjonsrekke bryter sammen når energien blir mindre enn 1 GeV. Bindingen av tre kvarker til ett proton kan for eksempel ikke beskrives slik. For et proton bindes de tre kvarkene sammen til et proton av gluonfeltet.
Dette har en viss analogi i elektromagnetisk vekselvirkning som i noen sammenhenger beskrives som utveksling av fotoner. I andre sammenhenger, som for eksempel hvordan et elektron bindes til en atomkjerne, beskrives dette ved hjelp av et coulombpotensial. Men mens coulombpotensialet matematisk kan beskrives som en størrelse som faller som en delt på avstanden, er ikke en tilsvarende formel for gluon-potensialet kjent, og kan bare estimeres numerisk.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.