Gluony, elementární částice "lepící" jádro atomu aneb polní částice silné interakce

Gluony: lepidlo, díky kterému atomové jádro drží pohromadě

Jako gluon označujeme polní částice silné interakce. Gluon působí v atomovém jádře jako lepidlo, díky kterému nukleony, potažmo atomové jádro, vůbec drží pohromadě. Gluon je elementární částice ze skupiny bosonů, kam patří i foton (polní částice elektromagnetické interakce) či intermediální bosony W⁺, W^- a Z⁰, nebo nedávno objevený Higgsův boson. Má jednotkový spin, nulovou klidovou hmotnost a dosah pouhých asi 10^-15 m.

Gluony zprostředkovávají silnou interakci mezi kvarky, které jsou základními stavebními kameny hadronů. Zároveň zodpovídá i za soudržnost samotného atomového jádra. Silná interakce je výběrová, působí pouze na hadrony, tj. na mezony a baryony, mezi které patří i neutron a proton - základní stavební kameny atomového jádra. Právě díky působení gluonů toto jádro vůbec drží pohromadě. Nakonec jménu gluon je odvozeno z anglického glue - lepidlo.

Základní teorii silné interakce odvodil již v roce 1934 Hideki Yukawa. Existenci gluonů pak předpověděl Murray Gell-Mann v roce 1962. K potvrzení existence částic nazvaných gluony došlo až v roce 1979. Existenci nových polí - gluonů vyžadovala kalibrační teorie, která popisuje silnou interakci - kvantová chromodynamika (QCD, Quantum ChromoDynamics).

Čtěte také: Bosony, polní částice silových interakcí

Potřebná pole kvantové chromodynamiky se sice podobají polím elektromagnetickým (polní částicí je foton), avšak jsou mnohem složitější. Obsahují totiž celkem osm komponent - gluonů. Kvantová chromodynamika (QCD) skutečně osm gluonů zná. Každý z těchto glounů nese jednu barvu a jednu antibarvu. Možných kombinací barev a antibarev je osm. Přesněji devět, ale jedna z těchto kombinací je bezbarvá, takže zbývá jen osm rozdílných gluonových polí (gluonů).

Barvy částic nazvaných gluony si ale nepředstavujte jako nějakou paletu barev v grafickém editoru či barev elektromagnetického spektra. Barva gluonů je vlastností těchto částic (polí), která je svou koncepcí podobná vlastnostem elektrického náboje. Pomocí této koncepce, skládání barev - či snad vhodněji "barev", se totiž velice snadno dají popsat pravidla, podle kterých se mohou kvarky skládat do hadronů.

Podle této koncepce může kvark libovolně měnit barvu. Každá takováto změna barvy je spojená s emisí gluonu. Podobně jako změna energetického stavu elektronu s emisí fotonu. Na rozdíl od této interakce, kde foton je jen polní částicí a nikoliv nositelem (elektrického) náboje, jsou samotné polní částice silné interakce, gluony, nositeli barvy (barevného náboje či chcete-li, náboje silné interakce).

V důsledku toho dochází k tomu, že čím více se ke kvarku přiblížíme, tím je jeho barevný náboj menší. Proto kvarky na velice malých vzdálenostech mezi sebou neinteragují, nýbrž vykazují tzv. asymptotickou volnost na malých vzdálenostech. Síla interakce naopak výrazně roste s jejich zvětšující se vzdáleností. Proto se kvarky nikdy nevyskytují osamoceně…

Elementární částice baryony bosony fermiony gluony hadrony hyperony kvarky leptony mezony elektron foton Higgsův boson kaon mion neutrino neutron pion pozitron proton tauon

Další související články: