El motgluon ‘gluó’, fou encunyat el 1962 pel físic teòric estatunidencMurray Gell-Mann (1929-2019) i prové de l'anglèsglue, ‘cola’.[6] El 1979 es confirmà l'existència dels gluons mitjançant l'observació de la radiació dels gluons pels quarks en estudis de col·lisions de partícules d'alta energia al laboratori nacional alemany, el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), aHamburg.[7]
Els gluons són bosons de gauge o intermediaris de la interacció forta. Són partícules de **massa nul·la**, **càrrega elèctrica nul·la** i **espín 1**, i es representen amb el símbolg. Tot i que un bosó vectorial té habitualment tres estats d’espín, la seva **invariància de gauge** fa que els gluons només en presentin dos. Tenen **paritat intrínseca negativa**, **isoespín zero** i, segons la teoria quàntica de camps, els bosons gauge associats a simetries no trencades han de ser de massa zero (experimentalment, la seva massa s’ha limitat a valors inferiors a uns pocsMeV).
Diagrama de Feynman que mostra la interacció entre un quark verd i un de blau, que canvien de color a causa de l'intercanvi d'un gluó verd-antiblau.
Els gluons són els responsables de transmetre lainteracció nuclear forta entre elsquarks. Igual que les partícules carregades elèctricament interaccionen mitjançant fotons, els quarks ho fan mitjançant l’emissió i absorció de gluons.[7]
Els quarks poden tenir tres càrregues de color (roig, verd i blau) i en emetre o absorbir un gluó canvien necessàriament de color. Tanmateix, els gluons són molt més complexos que els fotons: mentre que aquests no tenen càrrega elèctrica, els gluons **sí que tenen càrrega de color**, fet que els permet **interaccionar entre ells**. Es presenten en **vuit possibles combinacions de color anticolo**r (com ara verd-antiblau, blau-antiroig, etc.), i poden acoblar-se a les càrregues de color dequarks iantiquarks. A causa d’aquesta propietat, els gluons no poden aïllar-se i participen de manera activa en els processos d’interacció forta, acoblant-se tant a quarks com a altres gluons.[6]
A diferència de les altres forces fonamentals, la interacció entre quarks **no disminueix amb la distància**. Això implica que separar un parell quark-antiquark requereix una energia cada vegada més gran. L’augment d’energia fa que es formi una “corda” de gluons entre ells fins que, en arribar a un cert llindar, és energèticament favorable crear un nou parell quark-antiquark. El resultat final és la formació de **dos mesons**, evitant l’obtenció de quarks lliures. Aquest mecanisme és el que s’anomena **confinament dels quarks**, i explica per què no s’observen mai de forma aïllada.[8]
Teòricament poden existir les anomenades **boles de gluons**, partícules compostes exclusivament per gluons, sense presència de quarks. Tot i que hi ha alguns candidats experimentals, cap d’ells no ha estat identificat de manera concloent, ja que els seus nombres quàntics coincideixen amb els dels mesons ordinaris.[9]
El confinament és el procés que fa que no puguem trobar partícules amb color. Partícules com els quarks formen doncs agrupacions de dos o tres quarks, forçades per la interacció forta (actualment s'ha descobert elpentaquark). D'aquesta manera observem partícules amb un color neutral, com per exempleprotons,neutrons opions, pertanyents a les famílies delsmesons i delshadrons.
Ens els acceleradors de partícules, on intervenen gransenergies, els quarks poden intervir en una col·lisió. Quan això passa i un quark se separa de la resta de la partícula original, la força que intenta retenir el quark, de la qual els gluons en són responsables, és constant. En aquest cas, l'energia augmenta linealment amb la distància i pot ser que sigui energèticament favorable crear un parell de quark/antiquark (creant un parell es conserva elnombre bariònic i el color). Un cop creat el parell i donat que s'ha fet servir ja part de l'energia disponible, és possible que els quarks es combinin per formar un nou mesó o hadró. En el cas que l'energia disponible encara sigui prou gran aquest procés pot continuar. Aquest procés s'anomenahadronització o fragmentació. Aquest efecte limita la distància d'acció de la interacció forta a uns 10-15metres. D'aquesta manera, d'un quark extret d'una col·lisió, es pot crear un flux de partícules que s'anomenen jets.
El fet que els gluons interaccionin amb si mateixos fa els càlculs més difícils i per això es fan servir models aproximats. Un dels models amb més èxit és elmodel de Lund (en anglèsLund string model).
Quarks i gluons (colorejats) es manifesten fragmentant-se en més quarks i gluons, que alhora s'hadronitzen en partícules normals (incolores), correlacionades en dolls. Com es va revelar a les conferències d'estiu del 1978,[2] eldetector PLUTO al col·lisionador electró-positró DORIS (DESY) va produir la primera evidència que les desintegracions hadròniques de la ressonància molt estreta Υ(9.46) podien interpretar-se com a topologies deesdeveniment de tres raigs produïdes per tres gluons. Posteriorment, les anàlisis publicades pel mateix experiment van confirmar aquesta interpretació i també la naturalesa d'espín = 1 del gluó[10][11] (vegeu també el record[2] i elsexperiments PLUTO).
A l'estiu 1979, a energies més altes al col·lisionador electró-positróPETRA (DESY), de nou es van observar topologies de tres raigs, ara interpretades combremsstrahlung de gluons qq, ara clarament visibles, perTASSO,[12]MARK-J[13] i els experiments PLUTO[14] (posteriorment el 1980 també perJADE[15]). La propietat d'espín = 1 del gluó va ser confirmada el 1980 per TASSO[16] i els experiments PLUTO[17] (vegeu també la ressenya[3]). El 1991 un experiment posterior a l'anell d'emmagatzematgeLEP alCERN va confirmar de nou aquest resultat.[18]
Els gluons juguen un paper important en les interaccions fortes elementals entrequarks i gluons, descrites per QCD i estudiades particularment al col·lisionador electró-protóHERA a DESY. El nombre i la distribució del moment dels gluons alprotó (densitat de gluons) han estat mesurats per dos experiments,H1 iZEUS,[19] als anys 1996-2007. La contribució del gluó a l'espí del protó ha estat estudiada per l'experimentHERMES en HERA.[20] També s'ha mesurat la densitat de gluons al protó (quan es comporta hadrònicament).[21]
Elconfinament de color es verifica pel fracàs de les cerques dequarks lliures (recerques de càrregues fraccionàries). Els quarks es produeixen normalment en parells (quark + antiquark) per compensar els números quàntics de color i sabor; no obstant això, aFermilab s'ha demostrat la producció única dequark tops.[a][22] No s'ha demostrat elglueball.
↑Tècnicament, la producció única dequark top aFermilab segueix implicant una producció en parells, però el quark i l'antiquark són de diferents sabors.
↑Berger, Ch. «Evidencia de la Bremsstrahlung de gluones en aniquilaciones de e+e- a altas energías». Physics Letters B, vol. 86, 3-4, 1979, pàg. 418.Bibcode:1979PhLB...86..418B.
