ГЛЮОНЫ - кванты цветового поля, переносчики сильного взаимодействия между кварками в адронах. Совр. релятивистская квантовая теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика (КХД) - предполагает, что составляющие адронов - кварки - обладают т. н. цветовыми зарядами, взаимодействие к-рых обеспечивает связь кварков в адронах. Цветовые заряды могут быть трёх видов, так что каждый тип кварка представлен тремя разновидностями, отличающимися друг от друга "цветом". Подобно тому как взаимодействие электрически заряженных частиц осуществляется эл.-магн. полем (его квантами явл. фотоны), в КХД взаимодействие между обладающими цветовыми зарядами кварками осуществляется квантами цветового поля - Г., к-рые электрически нейтральны, имеют спин, равный 1, и не обладают массой покоя. Однако, в отличие от электрически нейтральных фотонов, Г. сами обладают цветовым зарядом и явл. источниками цветового поля. Это приводит к существенному отличию квантовых процессов эл.-магн. и сильного взаимодействий. В эл.-магн. процессе испускания фотона к.-л. частицей её электрич. заряд не меняется, а при испускании Г. кварком цветовой заряд кварка меняется, поскольку Г. уносит элементарный цветовой заряд. Г. могут порождать пары кварк - антикварк, поэтому цвет Г. может совпадать с любым возможным цветовым состоянием пары кварк - антикварк. При трёх возможных цветовых состояниях кварка и трёх возможных цветовых состояниях антикварка число возможных цветовых состояний пары кварк - антикварк равно 3x3 = 9 минус одно состояние с полностью скомпенсированным цветом, т. е. 8 состояниям. Поэтому в КХД рассматривают 8 различных цветовых состояний Г. и соответственно 8 глюонных полей. Наличие у Г. цветового заряда обусловливает специфич. св-ва осуществляемого ими взаимодействия: оно усиливается с увеличением расстояния между зарядами.
По совр. представлениям, на расстояниях ~1 ферми (10-13 см) цветовое взаимодействие возрастает настолько, что энергетически выгодным становится образование состояний с полностью скомпенсированным цветовым зарядом - адронов. Связывание цветового заряда в адронах ("конфайнмент") приводит к "невылетанию" свободных кварков и Г., так что кварки и Г. не могут существовать в свободном состоянии. Экспериментальная проверка существования и св-в Г. может быть поэтому проведена только косвенно: по влиянию Г., появляющихся в области взаимодействия адронов, на наблюдаемые характеристики адронов, рождённых в результате такого взаимодействия. В этом смысле, как подтверждение существования Г., можно рассматривать согласие теоретич. предсказаний КХД с результатами экспериментов на ускорителях. Эффект "рождения" Г. наблюдался в процессах аннигиляции энергичных электронов и позитронов с образованием адронов в конечном состоянии. В результате такой аннигиляции обычно возникают две струи адронов, образованных энергичными кварком и антикварком, рождаемыми непосредственно в процессе аннигиляции. С ростом энергии сталкивающихся электрона н позитрона, согласно КХД, повышается вероятность испускания энергичного Г. кварком или антикварком, что должно приводить к появлению третьей адронной струи, образуемой таким Г. Поэтому наблюдение при аннигиляции электрона и позитрона наряду с двумя струями третьей струи адронов рассматривается как экспериментальное доказательство существования Г.
При испускании
или поглощении глюона кварки изменяют свой цвет. При этом остальные квантовые
числа кварка и его аромат не изменяются. Глюоны обладают цветом. Из трех цветов
(к, с, з) и трех антицветов (
, 
, 
) можно составить таблицу возможных
комбинаций глюонов
| к | с | з | |
|
к |
с |
з |
|
к |
с |
з |
|
к |
с |
з |
Из элементов, не расположенных на диагонали можно
составить 6 различных цветных комбинаций
(с, з, к, ...) Из 3 элементов, расположенных на
диагонали к,
с, з можно
построить 3 независимые комбинации (к + с + з), (к - з), (к + з - 2с). Первая из этих комбинаций
(к + с + з) является полностью симметричной по
цвету и представляет из себя бесцветный цветовой синглет. Следовательно частица,
имеющая такую цветовую комбинацию не может быть переносчиком цвета между
кварками. Комбинации (к-з) и (к+з-2с) не являются симметричными по цвету и
вместе с шестью не диагонально расположенными комбинациями представляют 8 типов
глюонов - переносчиков сильного цветного взаимодействия. Так как глюоны обладают
цветом в отличие от фотонов (фотон-переносчики взаимодействие между заряженными
частицами не имеет электрического заряда) для них возможны процессы испускания
глюоном глюона
и взаимодействие двух глюонов
Взаимодействие глюонов ответственно за удержание кварков
внутри адрона. В отличие от константы электромагнитного взаимодействия,
константа сильного цветного взаимодействия растет с увеличением расстояния между
кварками.
Экспериментально глюоны наблюдались в виде узких
адронных струй при взаимодействии частиц высоких энергий.
Глюоны играют существенную роль в формировании внутренней структуры адронов. Из
процессов глубоконеупругого рассеяния на нуклонах следует, что примерно половина
энергии нуклона приходится на глюон.