gluon

Gluonen blev forudsagt i begyndelsen af 1970’erne som kraftbæreren i teorien for den stærke kernekraft, kvantekromodynamik (QCD). Teorien blev udviklet af blandt andre David Gross, Frank Wilczek og David Politzer, som i 1973 viste, at kvarker ved høje energier opfører sig næsten som frie partikler – et fænomen kendt som asymptotisk frihed. For dette arbejde modtog de Nobelprisen i fysik i 2004.

Et afgørende eksperimentelt bevis for gluonens eksistens kom i 1979 ved elektron–positron-kollisioner ved TASSO-eksperimentet ved PETRA-acceleratoren på DESY. I disse eksperimenter observerede man såkaldte tre-jet-begivenheder. To af jettene kan forklares som resultatet af en kvark og en antikvark, mens den tredje jet skyldes udsendelsen af en gluon. En jet er en smal stråle af hadroner, der opstår, når en kvark eller gluon skabes ved høj energi og efterfølgende omdannes til observerbare partikler (se kvark). Observationen af tre-jet-begivenheder viste dermed direkte, at gluonen opfører sig som en selvstændig partikel og bærer impuls og energi.

Gluonen har spin 1 og er, ligesom fotonen, en masseløs kraftbærerboson. I modsætning til fotonen bærer gluonen farveladning og kan derfor vekselvirke med andre gluoner. Farveladningen spiller den samme rolle i kvantekromodynamik som elektrisk ladning gør i elektromagnetismen. I elektromagnetisme kan fotonen ikke vekselvirke med sig selv, fordi den ikke har nogen elektrisk ladning.

For gluonen er dens kobling til sig selv en af dens vigtigste egenskaber. Den egenskab forklarer, hvorfor kvantekromodynamik opfører sig så anderledes end elektrodynamik. Gluoner kan ikke observeres som frie partikler. Sammen med kvarker er de indespærret i hadroner, og forsøg på at isolere dem fører i stedet til dannelse af nye partikler.

Ved høje energier, som når protoner kollideres med hinanden ved Large Hadron Collider på CERN, er det i praksis næsten altid gluoner, der kolliderer. Selvom protonen består af tre valenskvarker, indeholder den også et stort antal gluoner, som dominerer dens indre struktur ved høje energier. Denne gluondominans er også afgørende for forståelsen af protonens masse. Summen af kvarkernes egne masser udgør kun en lille del af protonens samlede masse. Langt størstedelen stammer fra energien i gluonfeltet og fra kvarkernes og gluonernes bevægelse inde i protonen i overensstemmelse med Einsteins ækvivalens mellem energi og masse, E = mc², fra den specielle relativitetsteori.

Gluonen er dermed central for forklaringen af, hvorfor almindeligt stof har den masse, det har.

• kvark (elementarpartikel)
• kvantekromodynamik
• proton