gluoni

gluoni

Bosoni di gauge della QCD, la moderna teoria delle interazioni forti. I gluoni formano un ottetto di particelle dotate di cariche di colore, di spin 1 e di massa nulla in quanto la simmetria di gauge della QCD è esattamente conservata. Il nome gluoni deriva dall’inglese glue (colla), in quanto i gluoni sono portatori delle interazioni forti che legano i nucleoni nei nuclei e i quark a formare i nucleoni (protoni e neutroni). I quark interagiscono tra loro scambiandosi uno o più gluoni, oppure si annichilano in uno o più gluoni. I gluoni, come ogni altra particella colorata, non si possono propagare liberi, ma sono confinati all’interno degli adroni. Tutti gli adroni osservati sono costituiti da quark ma dovrebbero esistere anche adroni composti da gluoni (glue-balls o palle di colla). In un mondo senza quark dovrebbero avere masse tra 1,5 e 2 GeV/c². Probabilmente la ragione principale del fatto che questi stati non sono stati osservati è che gli stati costituiti da gluoni sono mischiati a quelli composti di quark, nel senso che uno stato a massa definita è una sovrapposizione di composti di quark e di gluoni. L’evidenza forse più diretta dell’esistenza dei gluoni confinati si ottiene dagli eventi a tre getti (jet) nell’annichilazione e⁺e⁻ a grande energia. Lo stato finale nella maggioranza dei casi è costituito da due getti che si allontanano in direzioni opposte nel centro di massa della reazione, costituiti da una collezione di adroni normali (cioè senza colore), per lo più mesoni leggeri. Questi due getti sono il rivestimento di una coppia quark-antiquark che costituisce lo stato elementare prodotto nell’annichilazione e⁺e⁻: quando due cariche colorate si allontanano, il confinamento fa sì che si produca tutta una serie di coppie quark-antiquark che impedisce la separazione delle cariche di colore e produce uno stato finale costituito da adroni collimati intorno alla direzione del quark o dell’antiquark. In una piccola frazione di eventi si osservano tre getti: in questo caso si sono prodotti nello stato finale una coppia quark-antiquark più un gluone (non è possibile uno stato finale con un numero dispari di quark o antiquark, per la conservazione del momento angolare nell’annichilazione e⁺e⁻). Questi eventi sono stati osservati per la prima volta negli anni Settanta del secolo scorso all’acceleratore PETRA (Positron electron tandem ring accelerator) del laboratorio DESY di Amburgo.

→ Interazioni fondamentali