Gluonid: tugeva tuumajõu kandvad bosonid, mis hoiavad kvarke koos
Gluonid: tugeva tuumajõu kandvad bosonid, mis hoiavad kvarke koos. Uuri nende omadusi, rolli kvarkide sidumisel ja tähtsust LHC-avastustes.
Gluoonid on need, mis hoiavad kvarke koos, et moodustada suuremaid osakesi. Gluoonid kannavad tugevat jõudu teiste kvarkide vahel, seega peetakse neid jõudu kandvateks osakesteks. Fotoonid teevad sama asja, kuid elektromagnetilise jõu jaoks. Samuti on gluoonid, nagu fotoonidki, spin-1 osakesed ja kui osakesel on spin-1, siis peetakse seda bosoniks.
Gluoonide tööpõhimõte erineb siiski mõne olulise asja poolest: neil on nn värvilaeng (kolm “värvi” ja vastavad anti‑värvid), mis on täiesti erinev elektrilaengust. Selle tulemusena võivad gluoonid omavahel ka suhelda — nad ei ole lihtsalt neutraalsed vahetajad nagu fotonid. Füüsikas kirjeldatakse seda kvantkromodünaamikaga (QCD), mis on tugeva tuumajõu teooria. Teoreetiliselt on gluoonid massita ja kuuluvad kvantväljade sümmeetriagruppi SU(3), mille tõttu on sõltumatuid gluoontüüpe kokku kaheksa.
Üks tugeva jõu eripära on nii‑öelda värvikonfinees: kvarke ja gluone ei ole võimalik eraldada ja vaadata isoleeritult tavalises olukorras. Kui püüad kvarki eraldada, kasvab jõud vaheliste osakeste vahel ja energiat koguneb niinimetatud voostraadi (flux tube) kujul; see energia võib lõppkokkuvõttes tekitada uue kvark‑antikvark paarina, mitte lubada ühe kvargi vabanemist. Samas kehtib lühikestel vahemaadel asümptootiline vabadus — väga lähedal asuvad kvargid käituvad peaaegu vabalt.
Gluoonide uurimine on keeruline, sest neid ei saa tavaliselt „vabalt” vaadelda. Vaja on väga suuri energiaid või temperatuure, et saavutada tingimused, kus kvargid ja gluoonid ajutiselt vabanevad (nn kvark‑gluon plasma). Selliseid tingimusi tekitavad ainult mõned eksperimendid — teadlased on selleks kasutanud osakeste põrgutajaid, näiteks CERNi suur hadronite põrguti (Large Hadron Collider), kus näiteks raskete ioonide põrkumisel tekib väga kuum ja tihe olek (ligikaudu miljardite kuni triljonite kraadide suurusjärgus), mida nimetatakse kvark‑gluoon plasmaaks. Gluone ja nende mõjusid tuvastatakse eksperimentaalselt kaudselt: jälgitakse osakeste „jets’e”, partoonide hajumist ja muid signaale ning võrreldakse tulemusi teoreetiliste arvutustega (nt täravõre‑QCD ehk lattice QCD).
Gluoonidel on ka märkimisväärne tähtsus meie igapäevases maailmas: tugev tuumajõud, mida nad vahendavad, hoiab koos protonu ja neutroni sees kvargid ning seeläbi võimaldab tekkida aatomituumadel. Suurem osa nähtavast massist universumis tuleb just tugeva jõu seotuse energiast — mitte niivõrd kvarkide enda massist. Gluoonide omadused mõjutavad ka täheehitust, neutronitähtede sisemust ja paljusid teisi kõrge‑energia protsesse kosmoses.
Täna uurivad teadlased gluone mitmel rindel: eksperimentaalselt kõrgeenergia põrgetes, teoreetiliselt QCD‑mudelite ja arvutuslike meetodite abil ning ristsuunaliselt astrofüüsika ja tuumafüüsika kontekstis. Kuigi gluone ei saa näha otse, annab nende mõju meile põhjaliku pildi sellest, kuidas mateeria tugevalt sidestatud osakesed moodustavad kogu tuntud aine.
Lainejooned, mis ühendavad üles- (u) ja allakvarki (d), on gluoonid.
Küsimused ja vastused
K: Mis on glossaalid?
V: Gluoonid on subatomaarsed osakesed, mis hoiavad kvarke koos, et moodustada suuremaid osakesi.
K: Millist jõudu kannavad gluoonid kvarkide vahel?
V: Gluoonid kannavad tugevat jõudu kvarkide vahel.
K: Millist tüüpi osakeste hulka kuuluvad gluoonid?
V: Gluoneid peetakse jõudu kandvateks osakesteks ja nad on bosonid, kuna neil on spinn-1.
K: Kuidas on fotoonide ja gluoonide funktsioonid võrreldavad?
V: Nii footonid kui ka gluoonid kannavad osakeste vahelist jõudu, kusjuures footonid kannavad elektromagnetilist jõudu ja gluoonid tugevat jõudu.
K: Miks on gluoneid raske uurida?
V: Gluoneid on raske uurida, sest nad on väga väikesed ja vajavad kvarkidest eraldumiseks väga palju energiat (umbes 2 triljonit kraadi).
K: Kus on teadlased suutnud uurida gluoneid ja teisi subatomaarsete osakesi?
V: Teadlased on saanud uurida gluoneid ja teisi subatomaarsed osakesi, kasutades selleks osakeste kokkupõrkeseadmeid, nagu näiteks CERNi suur hadronite põrguti (Large Hadron Collider).
K: Mis tähendus on osakesel, mis on boson?
V: Bosoniks olemise tähendus on see, et osakesel on täisarvuline spinn, näiteks gluoonide puhul spinn-1, ja ta allub Bose-Einsteini statistikale, millel võib olla oluline mõju kvantmehaanikas.
Otsige