Gluons

Le gluon est le boson responsable de l'interaction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble, ce qui permet l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons. Ils ont une masse probablement nulle (quoiqu'il n'est pas exclu qu'ils puissent avoir une masse de quelques MeV), une charge électrique nulle et un spin 1. Un gluon porte une charge de couleur (rouge, vert ou bleu, comme les quarks) et une anti-charge de couleur (comme les anti-quarks). Il y a 8 différentes sortes de gluons, en fonction de leur charge et de leur anti-charge de couleur.

Dans la théorie de la chromodynamique quantique (quantum chromodynamics, ou QCD), qui est utilisée aujourd'hui pour décrire l'interaction forte, les gluons sont échangés lorsque des particules possédant une charge de couleur interagissent. Lorsque deux quarks échangent un gluon, leur charge de couleur change ; le gluon se chargeant d'une anti-couleur compensant la perte du quark, de même que la nouvelle charge de couleur du quark. Étant donné que les gluons portent eux-mêmes une charge (et une anti-charge) de couleur, ils peuvent aussi interagir avec d'autres gluons, ce qui rend l'analyse mathématique de l'interaction forte très compliquée.

La première trace experimentale des gluons a été découverte en 1979 dans l'accélérateur de particules PETRA (collisions électron-positron) du laboratoire DESY à Hambourg, lorsque la preuve d'une collision à 3 jets fut faite : le troisième jet fut ainsi attribué à l'émission d'un gluon par un des quarks produits.

Pourquoi n'y a-t-il que 8 gluons au lieu de 9 ?

A priori il pourrait y avoir 9 types de gluons, un pour chaque combinaison de charge et d'anti-charge de couleur (rouge, vert, bleue, et anti-rouge, anti-vert, anti-bleue), ce qui donnerait les gluons suivants :

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En fait, du point de vue mathématique il existe un nombre infini de gluons, chacun pouvant être représenté par une combinaison linéaire des 9 états fondamentaux (aussi appelés états propres) listés ci-dessus. Par exemple, un gluon pourrait être représenté par l'état combiné . Ce genre de combinaisons d'états est assez courant en mécanique quantique.

Cependant, la chromodynamique quantique nous apprend que la relation linéaire suivante lie 3 des états fondamentaux, du fait que les états complètement neutres du point de vue de la couleur n'interagissent pas par interaction forte :

Ceci implique alors que les 9 états fondamentaux cités plus haut ne sont plus tous indépendants, cette relation réduit de 1 le nombre de degrés de liberté correspondants. Il n'y a plus que 8 degrés de liberté disponibles, donc 8 états fondamentaux linéairement indépendants, donc 8 gluons. Une explication plus détaillée (en anglais) peut être trouvée ici.

Liens externes

• [pdf](en)Caractéristiques du gluon (Particle Data Group)

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