Gluon para niños
Datos para niños Gluon (g) g |
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|---|---|---|
| Clasificación | Partícula elemental | |
| Familia | Bosón | |
| Grupo | Bosón de gauge | |
| Interacción | Interacción nuclear fuerte | |
| Antipartícula | Ella misma | |
| Teorizada | Murray Gell-Mann (1962) | |
| Descubierta | TASSO collaboration at DESY (1979) | |
| Tipos | 8 | |
| Masa | 0 MeV/c2 (valor teórico) < 20 MeV/c2 (límite experimental) |
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| Vida media | Estable | |
| Carga eléctrica | 0 e | |
| Carga de color | octeto (8 tipos) | |
| Espín |  |
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El gluón es una partícula elemental muy importante en el mundo de la física. Su nombre viene de la palabra inglesa glue, que significa "pegamento". Esto es porque los gluones son como el pegamento que mantiene unidos a los quarks, que son las partículas más pequeñas que forman los protones y neutrones dentro del núcleo atómico.
Los gluones son los encargados de transmitir la interacción nuclear fuerte, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Esta fuerza es la más potente de todas y es la que asegura que los quarks se mantengan juntos.
Contenido
¿Qué es un Gluón?
Un gluón es un tipo de bosón, que son partículas que transmiten fuerzas. Es similar a cómo los fotones transmiten la fuerza electromagnética (la que hace que los imanes se atraigan o repelan, o que la electricidad funcione).
Los gluones no tienen masa ni carga eléctrica. Sin embargo, tienen algo llamado "carga de color". Esta carga de color es especial porque, además de transmitir la fuerza fuerte, los gluones también se ven afectados por ella. Esto significa que los gluones pueden interactuar entre sí.
La teoría que explica cómo funcionan los gluones y los quarks se llama cromodinámica cuántica.
Propiedades de los Gluones
Los gluones tienen algunas características interesantes:
- No tienen masa, al igual que los fotones.
- Tienen un espín de 1. El espín es una propiedad de las partículas que se relaciona con su giro.
- Poseen "carga de color". Los quarks también tienen carga de color (rojo, verde o azul, aunque no son colores reales, solo nombres para distinguirlos).
Cuando los quarks intercambian gluones, su "color" cambia. Por ejemplo, si un quark "rojo" emite un gluón y se vuelve "azul", significa que el gluón que emitió llevaba una combinación de "rojo-anti-azul". De esta manera, la carga de color total del sistema (quark más gluón) se mantiene equilibrada.
Existen 8 tipos diferentes de gluones, cada uno con una combinación específica de "color" y "anti-color". Los quarks y los gluones se unen para formar partículas más grandes que no tienen una carga de color neta, es decir, son "blancas" o "incoloras".
¿Cuántos tipos de Gluones hay?
A diferencia del fotón (que solo hay uno) o de los bosones W y Z (que son tres y transmiten la interacción débil), en la cromodinámica cuántica existen ocho tipos distintos de gluones.
Los quarks tienen tres tipos de carga de color, y los antiquarks tienen tres tipos de anti-color. Los gluones pueden llevar tanto un color como un anti-color. Esto podría parecer que hay nueve combinaciones posibles, pero una de ellas es "incolora" y no se considera un gluón real.
Las ocho combinaciones de color y anti-color que forman los gluones son:
- rojo–antirojo, rojo–antiverde, rojo–antiazul
- verde–antirojo, verde–antiverde, verde–antiazul
- azul–antirojo, azul–antiverde, azul–antiazul
Estas combinaciones son "estados efectivos" y se mezclan entre sí de formas complejas, pero siempre resultan en ocho tipos independientes de gluones.
Confinamiento de los Quarks
Una de las propiedades más importantes de los gluones es el "confinamiento de color". Como los gluones también tienen carga de color, interactúan entre sí. Estas interacciones crean una especie de "cuerdas" o "tubos de flujo" de energía que unen a los quarks.
Imagina que los quarks están unidos por un muelle muy fuerte. Si intentas separar dos quarks, la fuerza de este muelle aumenta muchísimo. Esto hace que los quarks estén siempre "confinados" dentro de partículas más grandes llamadas hadrones (como los protones y neutrones). Es casi imposible encontrar un quark solo en la naturaleza.
Esta fuerza es tan fuerte que limita el alcance de la interacción nuclear fuerte a una distancia muy pequeña, aproximadamente el tamaño de un protón (1 x 10-15 metros). Si intentas estirar demasiado el "muelle gluónico" entre dos quarks, se acumula tanta energía que es más fácil para el sistema crear nuevos quarks y antiquarks de la nada para que el muelle se "relaje". Esto es un ejemplo de cómo la energía puede convertirse en materia, según la famosa ecuación de Albert Einstein, E=mc2.
Aunque los gluones confinan a los quarks, no son los que directamente causan las fuerzas entre hadrones (como la que mantiene unidos a los protones y neutrones en un núcleo). Esa fuerza es una "fuerza residual" de la interacción fuerte y es transmitida por otras partículas llamadas mesones.
Se cree que existen partículas formadas solo por gluones, llamadas "bolas de gluones", pero aún no se han confirmado experimentalmente.
Observaciones Experimentales
Los científicos no pueden ver los quarks y gluones directamente porque están confinados. Sin embargo, pueden observar sus efectos. Cuando los quarks y gluones se producen en experimentos, se transforman rápidamente en partículas normales (sin carga de color) que los detectores sí pueden ver. Estas partículas aparecen en forma de "chorros".
La primera evidencia de la existencia de los gluones se obtuvo en 1979 en el laboratorio DESY en Alemania, con el detector TASSO. Los científicos observaron eventos con tres "chorros" de partículas, lo que se interpretó como la desintegración de una partícula en tres gluones. Más tarde, se confirmó que el gluón tiene un espín de 1.
En el CERN, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), y en otros laboratorios como el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos, se siguen realizando experimentos para estudiar los gluones y la interacción fuerte. Por ejemplo, se ha investigado cómo los gluones contribuyen a la masa y al espín de los protones.
También se ha estudiado un estado especial de la materia llamado "plasma de quarks-gluones". En este estado, que ocurre a temperaturas y presiones extremas (como las que existían justo después del Big Bang), los quarks y gluones no están confinados y se mueven libremente, como un líquido. Este plasma se ha creado y estudiado en colisionadores de iones pesados.
La Masa de los Hadrones
Aunque los quarks tienen una masa muy pequeña, la mayor parte de la masa de un hadrón (como un protón) no proviene de la masa de los quarks que lo forman. En realidad, la mayor parte de la masa de un protón proviene de la energía del campo de color creado por los gluones que mantienen unidos a los quarks.
Por ejemplo, si sumas las masas de los tres quarks que forman un protón, el resultado es mucho menor que la masa total del protón. Esto significa que la energía de los gluones y sus interacciones es lo que realmente le da la mayor parte de su masa a estas partículas.
Comportamiento de los Gluones
Confinamiento de los Quarks
Como ya mencionamos, los gluones son los responsables de mantener a los quarks unidos. Crean un campo de fuerza tan intenso que impide que los quarks se separen. A distancias muy cortas, la fuerza parece disminuir, pero si intentas alejar los quarks, la fuerza aumenta enormemente, mucho más que las fuerzas eléctricas.
Este "muelle gluónico" es la razón por la que no podemos encontrar quarks libres. Siempre están dentro de hadrones. Cuando se acumula demasiada energía al intentar separar los quarks, esa energía se convierte en nuevos quarks y antiquarks, formando nuevas partículas en lugar de permitir que los quarks originales se separen.
Interacción Nuclear Fuerte Residual
Aunque los hadrones no tienen carga de color neta, los quarks dentro de un hadrón pueden atraer a los quarks de otro hadrón. Esta fuerza, llamada "interacción nuclear fuerte residual", es la que mantiene unidos los nucleones (protones y neutrones) en el núcleo atómico. Es tan fuerte que supera la repulsión eléctrica entre los protones cargados positivamente, haciendo que el núcleo sea estable.
Esta fuerza residual es de muy corto alcance y casi desaparece fuera del núcleo atómico.
Galería de imágenes
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Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.
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Diagrama que muestra cómo un bosón Y se desintegra en tres gluones.
Véase también
En inglés: Gluon Facts for Kids
