Gluon

Een gluon is een elementair deeltje dat verantwoordelijk is voor het overbrengen van de sterke kernkracht. Het woord komt van het Engelse woord glue, dat lijm betekent. Zonder de sterke kernkracht zouden de positief geladen protonen in de atoomkern door hun onderlinge elektrische afstoting uit elkaar vliegen.

Gluonen zijn bosonen. Zij binden de quarks samen zodat ze protonen, neutronen en andere hadronen vormen. De elektrische lading van de gluonen is gelijk aan nul, hun spin is gelijk aan 1. Men neemt algemeen aan dat gluonen geen massa hebben, hoewel een kleine massa van enkele meV${\displaystyle /c^{2}$ niet uitgesloten kan worden. Er zijn acht verschillende soorten gluonen.

De kwantumchromodynamica (QCD), de anno 2018 algemeen geaccepteerde theorie voor de beschrijving van de sterke kernkracht, beschrijft dat gluonen worden uitgewisseld als deeltjes met een kleurlading een interactie met elkaar hebben. Als twee quarks een gluon uitwisselen, zal hun kleurlading daardoor veranderen. Het gluon draagt een anti-kleurlading om te compenseren voor het veranderen van de kleurlading van beide betrokken quarks. Omdat gluonen zelf een kleurlading hebben, kunnen zij ook met andere gluonen uitwisseling vertonen. Dit maakt de wiskundige analyse van de sterke kernkracht erg ingewikkeld en moeilijk.

De eerste experimentele bewijzen van het bestaan van gluonen werden gevonden in de jaren 1980 in het PETRA-apparaat in het Duitse onderzoekscentrum DESY in Hamburg.

Waarom zijn er slechts 8 gluonen?

Gezien vanuit het standpunt van een leek, zijn er in theorie negen kleurcombinaties; een voor elke combinatie van kleur (rood, groen en blauw) en anti-kleur:

	${\displaystyle {\bar {r}$	${\displaystyle {\bar {g}$	${\displaystyle {\bar {b}$
${\displaystyle r}$	${\displaystyle r{\bar {r}$	${\displaystyle r{\bar {g}$	${\displaystyle r{\bar {b}$
${\displaystyle g}$	${\displaystyle g{\bar {r}$	${\displaystyle g{\bar {g}$	${\displaystyle g{\bar {b}$
${\displaystyle b}$	${\displaystyle b{\bar {r}$	${\displaystyle b{\bar {g}$	${\displaystyle b{\bar {b}$

In wiskundige termen bestaat er echter een oneindig aantal gluonen, waarbij elk gluon kan worden beschreven als een genormaliseerde lineaire superpositie van het aantal dat hierboven is opgesomd. Een willekeurig voorbeeld is:

${\displaystyle (r{\bar {r}-g{\bar {g})/{\sqrt {2}$

Experimenten tonen echter aan dat kleurloze baryonen geen interactie via de sterke kernkracht met elkaar hebben, zodat de volgende eigenschap juist moet zijn:

${\displaystyle \;r{\bar {r}+g{\bar {g}+b{\bar {b}=0}$

Als deze uitdrukking niet juist zou zijn, zouden baryonen wel in staat moeten zijn deze gluonen uit te zenden.

Er bestaan geen andere lineair onafhankelijke relaties tussen gluonen. Dit toont aan dat er slechts acht lineair onafhankelijke gluonen bestaan. Deze uitdrukking wordt meestal vereenvoudigd tot "er zijn slechts 8 gluonen".