Глуон

Глуон
	Дијаграм 1: Во Фајмановите дијаграми, оддаденмите глуони се претставени како завој. Овој дијаграм ја опишува поништувањето на електронот и позитронот.
Состав	Елементарна честичка
Статистика	Бозон
Заемодејства	Силна интеракција
Симбол	g
Предвиденна	Мареј Гел-Ман (1962)
Откриена	e+e− → Υ(9.46) → 3g: 1978 во DORIS (DESY) од Плутон експерименти (види дијаграм 2); и ; e+e− → qqg: 1979 во PETRA (DESY) од TASSO, MARK-J, JADE и Плутон експерименти (види дијаграм 1)
Видови	8
Маса	0 (теоретстка вредност); < 0,0002 eV/c2 (експериментална граница)
Ел. полнеж	0 e
Боен полнеж	октет (8 линеарно независни типови)
Спин	1

Глуони /ˈɡluːɒnz/ се елементарните честички, кои дејствуваат како честичките за размена (или релативен бозон) на силна сила помеѓу кваркови, аналогно на размена на фотони во електромагнетната сила помеѓу две наелектризирани честички.^[6] Лаички речено, „лепипни“ кваркови заедно, ги формираат протоните и неутроните.

Во техничка смисла, глуоните се векторски бозони за мерење кои посредуваат силна интеракција на кварковите во квантната хромодинамика (QCD). Глуоните самите ја носат бојата на силната интеракција. За разлика од фотонот, кој стои во електромагнетни интеракција, тој нема електричен полнеж. Затоа глуоните учествуваат во силна интеракција во прилог на тоа да посредуваат, правење QCD кое е значително потешко да се анализира од QED (квантната електродинамика).

Својства

Глуонот е векторски бозон; како и фотонот, има спин 1. Додека масивните спин-1 честички имаат три подрачја на поларизација, бозони massless мерач како глуон имаат само две поларизациони подрачја бидејќи мерачот бара разновидната поларизација да биде попречна. Во квантната теорија за поле, непрекинат мерач бара бозоните да имаат маса нула (експеримент ја ограничува масата на остатокот од глуонот за помалку од неколку meV/c²). Глуонот има вродено негативно пресликување.

Нумерологијата на глуони

За разлика од еден фотон на QED или трите W и Z бозони на слабите интеракции, постојат осум независни видови глуон во QCD.

Ова може да биде тешко да се разбере интуитивно. Кварковите носат три типа на полнење во боја; антикварковите носат три типа на антибои. Глуоните може да се сметаат за носење во боја и антибоја, но за правилно да се разбере како тие се во комбинација, потребно е да се разгледа на математиката на полнење во боја во повеќе детали.

Полнење на боја и суперпозиција

Во квантната механика, делови на честички може да се додадат во согласност со принципот на суперпозиција; што значи, тие можат да бидат во "комбинирани делови" со веројатност, ако одредени количини се мерливи, на давање неколку различни исходи. Релевантна илустрација во конкретниот случај ќе биде глуонот со боја што е опишано од страна на делот:

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

Ова се чита како "црвено-сино-антиплаво плус антицрвено". (Потребен е факторот на квадратен корен од два за нормализација, детаљ што не е од суштинско значење за да се разбере во оваа дискусија.) Ако за еден некако е во можност да се направи директно мерење на бојата на глуонот во ова подрачје, нема да има 50% шанси за тоа има црвена боја- антисино полнење и 50% шанса на сина-боја антицрвен набој.

Бојата на молекуларниот дел

Често е кажано дека силната стабилна интеракција честички (како што протонот и неутронот, односно хадроните) забележан во природата се "бледи", но, поточно тие се во "боја молекуларниот" дел, која е математички аналогно на спин.^[7] Таквите системи дозволуваат интеракција со друга боја поткошули, но не и со други бои држави; затоа што не постојат голем дострел глуон интеракции, ова покажува дека глуони во молекуларниот делови не постојат или.^[7]

Бојата на молекуларниот дел е:^[7]

(r{\bar {r}}+b{\bar {b}}+g{\bar {g}})/{\sqrt {3}}.

Односно, ако некој може да се измери со бојата, нема да има еднакви веројатности за тоа што тоа е црвено-антицрвено, сино-антисино или зелено-антизелено.

Осум бои на глуонот

Постојат осум делови во боја, кои кореспондираат со "осум видови" или "осум бои" на глуони. Бидејќи деловите може да се мешаат, како што беше дискутирано погоре, постојат многу начини на презентирање на овие делови, кои се познати како "боја октет". Најчесто се користи:^[7]

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

Тие се еквивалентни на матриците на Гел-Ман; преодот помеѓу двете е дека црвено-антицрвено е горната лева влез матрица, црвено-антисино е горниот среден влез, сино-антизелено е средината, влезот право, и така натаму. Критичната одлика на овие посебни осум е дека тие се линеарно независни, а исто така, независно од основната; не постои начин за да додадете која било комбинација од нив за да се произведе било кој друг. (Исто така невозможно е да ги додадете за да направат rr, gg или bb^[8] инаку забранетите исто така може да се направат.) Постојат многу други можни избори, но сите се математички еквивалент, барем подеднакво комплексни, и даваат исти физички резултати.

Ограничување

Бидејќи глуоните самите имаат полнеж во боја, тие учествуваат во силни интеракции. Овие глуон-глуон интеракции ги ограничуваат полињата во боја да стојат како објекти наречени "флукс цевки", кои вршат постојана сила кога се протегаат. Како резултат на оваа сила, кварковите се ограничени во рамките на композитни честички наречени хадрони. Ова, всушност, го ограничува опсегот на силната интеракција до 1 × 10-15 метри, речиси со големина на атомското јадро. Надвор од одредена далечина, врзивната енергија на две кваркови флукс цевки зголемува линеарно. На доволно голема далечина, станува енергично поповолно да се повлече на кварк-антикварк пар од вакуум наместо зголемување на должината на флуксот цевка. Глуони, исто така го делат овој простор затворени во хадроните. Една последица е дека глуоните не се директно вклучени во јадрени сили помеѓу хадроните. Силата за овие и други хадрони, се медијатори наречен мезони. Иако во нормална фаза на QCD еден глуон не може да патуваат слободно, предвидено е дека постојат хадроните кои се формираат целосно од глуони - наречен глуонски топки. Исто така, постојат претпоставки за други егзотични хадрони во кои реално глуонот (за разлика од оние кои се наоѓаат во виртуелен, обичните хадроните) ќе биде примарна состојка. Надвор од нормална фаза на QCD (на екстремни температури и притисоци), кварк-глуон плазма форми. Во таква плазма нема хадрони; кваркови и глуони стануваат слободни честички.

Експериментални набљудувања

Кварковите и глуоните (во боја) се манифестираат со распрснување во повеќе кваркови и глуони, кои за возврат се хадронизираат во нормални (безбојна) честички, во корелација со авиони. Како што е прикажано во 1978 на летните конференции^[2] детекторот Плутон кога електрон-позитрон, забрзувачот на DORIS (DESY) се произведе првиот доказ дека хадроникот се распаѓа на многу тесна резонанца Υ (9.46) може да се толкува како топологии три-џет настан произведени од страна на три глуони. Подоцна објавени анализи од страна на истиот експеримент го потврдија ова толкување, а исто така се вртат 1 како природата на глуонот^[9]^[10] (види го и сеќавање^[2] и Плутон експериментите).

Во текот на летото 1979 година на повисоки енергии на електрон-позитрон забрзувачот на ПЕТРА (DESY) повторно беа забележани три-џет топологии, сега се толкува како операција глуон bremsstrahlung, сега јасно видливи, со Тассо,^[11] МАРК-J ^[12] и Плутон експерименти^[13] (подоцна во 1980 година, исто така, од страна на Jade^[14]). Спин 1 на глуонот беше потврден во 1980 година од страна Tasso^[15] и Плутон експерименти^[16] (види го прегледот^[3]). Во 1991 година, во наредниот експеримент на прстен LEP складирање во ЦЕРН повторно потврди овој резултат.^[17]

Глуонит играат важна улога во основната силна интеракција помеѓу кваркови и глуони, опишана од QCD и студирал особено на електрон-протон Collider ХЕРА во DESY. Бројот и интензитетот дистрибуција на глуони во протонот (глуон густина) се мери од страна на два експерименти, H1 и Зевс,^[18] во 1996 година до денес (2012). Придонесот на глуонот да се вртат на протонот е испитуван од страна на експериментот HERMES во ХЕРА.^[19] густина на глуонот во протон (кога се однесуваат хадронски), исто така, се мери.^[20]

Бојното ограничување е потврдена од страна на неуспехот на слободните пребарувања кварк (пребарувања на дробните промени). Кварковите кои вообичаено се произведени во парови (кварк + антикварк) за да се компензира квантната боја и вкус на броеви; сепак во Фермилаб се покажа (технички ова сè уште вклучува производство пар, но кварк и антикварк се од различни вкус).^[21] Не глуонски топки е докажано.

Во 2000 година во ЦЕРН СПС ^[22] во тешки-јонски судири, и тоа подразбира нова состојба на материјата: кварк-глуон плазма, што е помалку во интеракција отколку во јадрото, речиси како во течност. Таа беше пронајдена во релативистички Тешки Јон Collider (RHIC) во Брукхевен во годините 2004-2010 од страна на четири паралелни експерименти.^[23] А кварк-глуон плазмата беше потврдена на ЦЕРН Large Hadron Collider (LHC) од страна на три експерименти ALICE, ATLAS и CMS во 2010 година.^[24]

Континуирано електронскиот сноп на Џеферсон во лабораторија, исто така, повика на објектот на Томас Џеферсон Националната акцелераторска, во Њупорт Њуз, Вирџинија е една од 10 Министерство за енергетика објекти прави истражување за глуони. Лабораторија Вирџинија се натпреварува со друг објект во Лонг Ајленд, Њујорк, Брукхевен Националната лабораторија за средства за изградба на нов електронски-јонски.^[25]

Поврзано

Наводи

↑ M. Gell-Mann (1962). „Symmetries of Baryons and Mesons“. Physical Review. 125 (3): 1067–1084. Bibcode:1962PhRv..125.1067G. doi:10.1103/PhysRev.125.1067.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 B.R. Stella and H.-J. Meyer (2011). „Υ(9.46 GeV) and the gluon discovery (a critical recollection of PLUTO results)“. European Physical Journal H. 36 (2): 203–243. arXiv:1008.1869v3. Bibcode:2011EPJH...36..203S. doi:10.1140/epjh/e2011-10029-3.
↑ ^3,0 ^3,1 P. Söding (2010). „On the discovery of the gluon“. European Physical Journal H. 35 (1): 3–28. Bibcode:2010EPJH...35....3S. doi:10.1140/epjh/e2010-00002-5.
↑ ^4,0 ^4,1 W.-M. Yao; и др. (2006). „Review of Particle Physics“ (PDF). Journal of Physics G. 33: 1. arXiv:astro-ph/0601168. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001.
↑ F. Yndurain (1995). „Limits on the mass of the gluon“. Physics Letters B. 345 (4): 524. Bibcode:1995PhLB..345..524Y. doi:10.1016/0370-2693(94)01677-5.
↑ C.R. Nave. „The Color Force“. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics. Посетено на 2012-04-02.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 David Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. стр. 280–281. ISBN 0-471-60386-4.
↑ J. Baez. „Why are there eight gluons and not nine?“. Посетено на 2009-09-13. Наводот journal бара |journal= (help)
↑ Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1979). „Jet analysis of the Υ(9.46) decay into charged hadrons“. Physics Letters B. 82 (3–4): 449. Bibcode:1979PhLB...82..449B. doi:10.1016/0370-2693(79)90265-X.
↑ Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1981). „Topology of the Υ decay“. Zeitschrift für Physik C. 8 (2): 101. Bibcode:1981ZPhyC...8..101B. doi:10.1007/BF01547873.
↑ R. Brandelik et al. (TASSO collaboration) (1979). „Evidence for Planar Events in e⁺e⁻ Annihilation at High Energies“. Physics Letters B. 86 (2): 243–249. Bibcode:1979PhLB...86..243B. doi:10.1016/0370-2693(79)90830-X.
↑ D.P. Barber et al. (MARK-J collaboration) (1979). „Discovery of Three-Jet Events and a Test of Quantum Chromodynamics at PETRA“. Physical Review Letters. 43 (12): 830. Bibcode:1979PhRvL..43..830B. doi:10.1103/PhysRevLett.43.830.
↑ Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1979). „Evidence for Gluon Bremsstrahlung in e⁺e⁻ Annihilations at High Energies“. Physics Letters B. 86 (3–4): 418. Bibcode:1979PhLB...86..418B. doi:10.1016/0370-2693(79)90869-4.
↑ W. Bartel et al. (JADE Collaboration) (1980). „Observation of planar three-jet events in e⁺e⁻ annihilation and evidence for gluon bremsstrahlung“. Physics Letters B. 91: 142. Bibcode:1980PhLB...91..142B. doi:10.1016/0370-2693(80)90680-2.
↑ R. Brandelik et al. (TASSO Collaboration) (1980). „Evidence for a spin-1 gluon in three-jet events“. Physics Letters B. 97 (3–4): 453. Bibcode:1980PhLB...97..453B. doi:10.1016/0370-2693(80)90639-5.
↑ Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1980). „A study of multi-jet events in e⁺e⁻ annihilation“. Physics Letters B. 97 (3–4): 459. Bibcode:1980PhLB...97..459B. doi:10.1016/0370-2693(80)90640-1.
↑ G. Alexander et al. (OPAL Collaboration) (1991). „Measurement of Three-Jet Distributions Sensitive to the Gluon Spin in e⁺e⁻ Annihilations at √s = 91 GeV“. Zeitschrift für Physik C. 52 (4): 543. Bibcode:1991ZPhyC..52..543A. doi:10.1007/BF01562326.
↑ L. Lindeman (H1 and ZEUS collaborations) (1997). „Proton structure functions and gluon density at HERA“. Nuclear Physics B Proceedings Supplements. 64: 179–183. Bibcode:1998NuPhS..64..179L. doi:10.1016/S0920-5632(97)01057-8.
↑ „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2021-05-25. Посетено на 2016-01-21.
↑ C. Adloff et al. (H1 collaboration) (1999). „Charged particle cross sections in the photoproduction and extraction of the gluon density in the photon“. European Physical Journal C. 10: 363–372. arXiv:hep-ex/9810020. Bibcode:1999EPJC...10..363H. doi:10.1007/s100520050761.
↑ M. Chalmers (6 March 2009). „Top result for Tevatron“. Physics World. Архивирано од изворникот на 2012-02-09. Посетено на 2012-04-02.
↑ M.C. Abreu; и др. (2000). „Evidence for deconfinement of quark and antiquark from the J/Ψ suppression pattern measured in Pb-Pb collisions at the CERN SpS“. Physics Letters B. 477: 28–36. Bibcode:2000PhLB..477...28A. doi:10.1016/S0370-2693(00)00237-9.
↑ D. Overbye (15 February 2010). „In Brookhaven Collider, Scientists Briefly Break a Law of Nature“. New York Times. Посетено на 2012-04-02.
↑ CERN (26 ноември 2010). "LHC experiments bring new insight into primordial universe". Соопштение за печат. посет. 2 април 2012 г Архивирано на 13 март 2012 г. „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2012-03-13. Посетено на 2021-09-07.„архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2012-03-13. Посетено на 2021-09-07.CS1-одржување: бот: непознат статус на изворната URL (link)
↑ Nolan, Jim (October 19, 2015). „State hopes for big economic bang as Jeff Lab bids for ion collider“. Richmond Times-Dispatch. стр. A1, A7. Посетено на 19 October 2015. Those clues can give scientists a better understanding of what holds the universe together.

Понатамошни читања

A. Ali and G. Kramer (2011). „JETS and QCD: A historical review of the discovery of the quark and gluon jets and its impact on QCD“. European Physical Journal H. 36 (2): 245–326. arXiv:1012.2288. Bibcode:2011EPJH...36..245A. doi:10.1140/epjh/e2011-10047-1.

[1] M. Gell-Mann (1962). „Symmetries of Baryons and Mesons“. Physical Review. 125 (3): 1067–1084. Bibcode:1962PhRv..125.1067G. doi:10.1103/PhysRev.125.1067.

[SMY-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 B.R. Stella and H.-J. Meyer (2011). „Υ(9.46 GeV) and the gluon discovery (a critical recollection of PLUTO results)“. European Physical Journal H. 36 (2): 203–243. arXiv:1008.1869v3. Bibcode:2011EPJH...36..203S. doi:10.1140/epjh/e2011-10029-3.

[SOE-3] 3,0 ^3,1 P. Söding (2010). „On the discovery of the gluon“. European Physical Journal H. 35 (1): 3–28. Bibcode:2010EPJH...35....3S. doi:10.1140/epjh/e2010-00002-5.

[pdg-4] 4,0 ^4,1 W.-M. Yao; и др. (2006). „Review of Particle Physics“ (PDF). Journal of Physics G. 33: 1. arXiv:astro-ph/0601168. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001.

[5] F. Yndurain (1995). „Limits on the mass of the gluon“. Physics Letters B. 345 (4): 524. Bibcode:1995PhLB..345..524Y. doi:10.1016/0370-2693(94)01677-5.

[HyperPhysics-6] C.R. Nave. „The Color Force“. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics. Посетено на 2012-04-02.

[Griff-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 David Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. стр. 280–281. ISBN 0-471-60386-4.

[8] J. Baez. „Why are there eight gluons and not nine?“. Посетено на 2009-09-13. Наводот journal бара |journal= (help)

[9] Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1979). „Jet analysis of the Υ(9.46) decay into charged hadrons“. Physics Letters B. 82 (3–4): 449. Bibcode:1979PhLB...82..449B. doi:10.1016/0370-2693(79)90265-X.

[10] Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1981). „Topology of the Υ decay“. Zeitschrift für Physik C. 8 (2): 101. Bibcode:1981ZPhyC...8..101B. doi:10.1007/BF01547873.

[11] R. Brandelik et al. (TASSO collaboration) (1979). „Evidence for Planar Events in e⁺e⁻ Annihilation at High Energies“. Physics Letters B. 86 (2): 243–249. Bibcode:1979PhLB...86..243B. doi:10.1016/0370-2693(79)90830-X.

[12] D.P. Barber et al. (MARK-J collaboration) (1979). „Discovery of Three-Jet Events and a Test of Quantum Chromodynamics at PETRA“. Physical Review Letters. 43 (12): 830. Bibcode:1979PhRvL..43..830B. doi:10.1103/PhysRevLett.43.830.

[13] Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1979). „Evidence for Gluon Bremsstrahlung in e⁺e⁻ Annihilations at High Energies“. Physics Letters B. 86 (3–4): 418. Bibcode:1979PhLB...86..418B. doi:10.1016/0370-2693(79)90869-4.

[14] W. Bartel et al. (JADE Collaboration) (1980). „Observation of planar three-jet events in e⁺e⁻ annihilation and evidence for gluon bremsstrahlung“. Physics Letters B. 91: 142. Bibcode:1980PhLB...91..142B. doi:10.1016/0370-2693(80)90680-2.

[15] R. Brandelik et al. (TASSO Collaboration) (1980). „Evidence for a spin-1 gluon in three-jet events“. Physics Letters B. 97 (3–4): 453. Bibcode:1980PhLB...97..453B. doi:10.1016/0370-2693(80)90639-5.

[16] Ch. Berger et al. (PLUTO Collaboration) (1980). „A study of multi-jet events in e⁺e⁻ annihilation“. Physics Letters B. 97 (3–4): 459. Bibcode:1980PhLB...97..459B. doi:10.1016/0370-2693(80)90640-1.

[17] G. Alexander et al. (OPAL Collaboration) (1991). „Measurement of Three-Jet Distributions Sensitive to the Gluon Spin in e⁺e⁻ Annihilations at √s = 91 GeV“. Zeitschrift für Physik C. 52 (4): 543. Bibcode:1991ZPhyC..52..543A. doi:10.1007/BF01562326.

[18] L. Lindeman (H1 and ZEUS collaborations) (1997). „Proton structure functions and gluon density at HERA“. Nuclear Physics B Proceedings Supplements. 64: 179–183. Bibcode:1998NuPhS..64..179L. doi:10.1016/S0920-5632(97)01057-8.

[19] „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2021-05-25. Посетено на 2016-01-21.

[20] C. Adloff et al. (H1 collaboration) (1999). „Charged particle cross sections in the photoproduction and extraction of the gluon density in the photon“. European Physical Journal C. 10: 363–372. arXiv:hep-ex/9810020. Bibcode:1999EPJC...10..363H. doi:10.1007/s100520050761.

[21] M. Chalmers (6 March 2009). „Top result for Tevatron“. Physics World. Архивирано од изворникот на 2012-02-09. Посетено на 2012-04-02.

[22] M.C. Abreu; и др. (2000). „Evidence for deconfinement of quark and antiquark from the J/Ψ suppression pattern measured in Pb-Pb collisions at the CERN SpS“. Physics Letters B. 477: 28–36. Bibcode:2000PhLB..477...28A. doi:10.1016/S0370-2693(00)00237-9.

[23] D. Overbye (15 February 2010). „In Brookhaven Collider, Scientists Briefly Break a Law of Nature“. New York Times. Посетено на 2012-04-02.

[24] CERN (26 ноември 2010). "LHC experiments bring new insight into primordial universe". Соопштение за печат. посет. 2 април 2012 г Архивирано на 13 март 2012 г. „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2012-03-13. Посетено на 2021-09-07.„архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2012-03-13. Посетено на 2021-09-07.CS1-одржување: бот: непознат статус на изворната URL (link)

[25] Nolan, Jim (October 19, 2015). „State hopes for big economic bang as Jeff Lab bids for ion collider“. Richmond Times-Dispatch. стр. A1, A7. Посетено на 19 October 2015. Those clues can give scientists a better understanding of what holds the universe together.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]