Gluone

Gluone
Composizione	Particella elementare
Famiglia	Bosone
Gruppo	Bosone di gauge
Interazioni	Interazione forte
Simbolo	g
N° tipi	8
Proprietà fisiche
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

I gluoni sono i bosoni di gauge della interazione forte (Fisica).

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

Hanno carica elettrica zero, elicità 1 e generalmente si assume che abbiano massa nulla. Dato che sono bosoni di gauge aventi spin pari a 1 appartengono anche alla classe dei bosoni vettore.

Il termine deriva dall'inglese glue (colla), in quanto tengono "incollati" i quark nei protoni e nei neutroni, e un loro stato legato viene definito 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).^[3] Essendo responsabili dell'attrazione fra i quark negli adroni, come per esempio i protoni e i neutroni, garantiscono la stabilità del nucleo atomico^[4].

A differenza del fotone, mediatore dell'interazione elettromagnetica che non ha carica elettrica ed è megneticamente neutro, i gluoni, essendo dotati di carica di colore, partecipano all'interazione forte. I gluoni possono quindi interagire tra loro e sono soggetti al fenomeno del confinamento, per il quale non possono esistere isolati ma solo a gruppi (glueball). Quando due quark si scambiano un gluone la loro carica di colore cambia.

Le prime tracce sperimentali dei gluoni furono trovate all'inizio degli anni ottanta nell'electron-positron-collider PETRA^[5] del DESY^[6] di Amburgo, quando vennero riscontrate prove di una struttura a tripla emissione:^[7] 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 dovrebbero essere nove:

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):^[8]

(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.

Note

^ ^a ^b W.-M. Yao et al., Review of Particle Physics (PDF), in Journal of Physics G, vol. 33, 2006, p. 1, DOI:10.1088/0954-3899/33/1/001.
^ F. Yndurain, Limits on the mass of the gluon, in Physics Letters B, vol. 345, 1995, p. 524, DOI:10.1016/0370-2693(94)01677-5.
^ HyperPhysics
^ The Color Force
^ I. Flegel, P. Söding, Twenty-Five Years of Gluons, su Cern Courrier, 2004. URL consultato il 13 settembre 2009.
^ R. Brandelik et al. (TASSO collaboration), Evidence for Planar Events in e⁺e⁻ Annihilation at High Energies, in Physics Letters B, vol. 86, 1979, pp. 243–249, DOI:10.1016/0370-2693(79)90830-X.
^ H.J. Meyer, B. Stella, PLUTO experiments at DORIS and PETRA and the discoveryof the gluon, su roma3.infn.it. URL consultato il 30 settembre 2009 (archiviato dall'url originale il 22 luglio 2011).
^ Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4

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, n. 1, 2010, pp. 3–28, DOI:10.1140/epjh/e2010-00002-5.

Voci correlate

Altri progetti

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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.
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[pdg-1] W.-M. Yao et al., Review of Particle Physics (PDF), in Journal of Physics G, vol. 33, 2006, p. 1, DOI:10.1088/0954-3899/33/1/001.

[2] F. Yndurain, Limits on the mass of the gluon, in Physics Letters B, vol. 345, 1995, p. 524, DOI:10.1016/0370-2693(94)01677-5.

[3] HyperPhysics

[4] The Color Force

[25y-5] I. Flegel, P. Söding, Twenty-Five Years of Gluons, su Cern Courrier, 2004. URL consultato il 13 settembre 2009.

[6] R. Brandelik et al. (TASSO collaboration), Evidence for Planar Events in e⁺e⁻ Annihilation at High Energies, in Physics Letters B, vol. 86, 1979, pp. 243–249, DOI:10.1016/0370-2693(79)90830-X.

[7] H.J. Meyer, B. Stella, PLUTO experiments at DORIS and PETRA and the discoveryof the gluon, su roma3.infn.it. URL consultato il 30 settembre 2009 (archiviato dall'url originale il 22 luglio 2011).

[8] Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4

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