胶子本身有色，故它们亦能与其它胶子互相作用，令到对于强核力的数学分析十分复杂和困难

胶子本身有色，故它们亦能与其它胶子互相作用，令到对于强核力的数学分析十分复杂和困难


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胶子的作用和胶子理论

(2014-08-27 22:28:22)

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标签： 股票 胶子 夸克 单态 强相互作用

分类： 科学宇宙

胶子

Gluon. 理论上预言传递夸克(Quark)之间强相互作用的粒子。共8种 ，静质量为0，自旋为1，具有色荷(Color Charge)。带电粒子间的电磁相互作用是通过交换光子而实现的；与此类比，具有色荷的夸克之间的强相互作用是通过交换胶子而实现的，所不同的是光子不带电荷，光子本身不能放出或吸收光子；胶子具有色荷 ，胶子之间也有强相互作用，胶子本身可放出或吸收胶子。

实验上还未发现自由状态的胶子，但1968年电子对质子的深度非弹性散射实验中，显示质子中有着点状结构，质子的能量只有一半由带电的点状物质所携带，另一半则由中性的无电磁作用的组分所携带。按照夸克模型，这带电的点状结构是夸克，中性的组分就是胶子，实验结果提供了可能存在胶子的迹象。1979年在高能正负电子对撞实验中发现三喷注现象，进一步显示了胶子的存在。

1物理中解释

在物理学中，胶子是一种负责传递强核力的玻色子。它们把夸克捆绑在一起，使之形成质子、中子及其他强子。胶子的电荷为零，但自旋是1。它们通常假设为无质量，但亦可能有大至几百万电子伏特（MeV）的质量。胶子是维持原子核稳定的重要一环。

在量子色动力学（QCD，是一广为接受描述强核力的理论）中，当两颗粒子色荷互相作用时便会交换胶子。当两颗夸克交换胶子时，它们自身的色彩亦会同时改变；胶子会携带发出者的反色彩以补偿发出者的色变，它亦会携带接收者的色彩。因胶子本身有色，故它们亦能与其它胶子互相作用，令到对于强核力的数学分析十分复杂和困难。

于1980年代早期，位于汉堡的德国电子加速器（DESY）的大规模电子-正子碰撞器（Large electron-positron collider，PETRA）凭一明显的三重喷流结构显示了胶子的存在；其第三喷流被认定为一个产生了的夸克发出胶子。

2八种胶子

从一般人的角度来看，由于有三种色荷，故应有九种不同的胶子。可是，若由数学角度出发则胶子应有无限多种：以上九种形态的叠加（如图）。此外，由于实验证明无色重子并不互相作用，故以下性质必然成立，否则重子便能通过发射胶子来利用强核力互相作用。

因胶子再没有其他线性独立关系，故只有八种线性独立的胶子，其一般简化为“胶子共有八种”。

胶子

胶子
电子与正子湮灭的费曼图，胶子通常是以螺旋线表示。
组成	基本粒子
系	玻色
基本相互作用	强相互作用
符号	g
理论	默里·盖尔曼（1962年）[1]
发现	吴秀兰团队（1979年）[2]
类型	8
质量	0 MeV （理论值）[3] < 0.0002 eV （实验上限）[4]
电荷	0 e[3]
色荷	8个线性独立种类
自旋	1

在物理学中，胶子（gluon）是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子，类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般。 胶子把几个夸克捆绑在一起，使之形成质子、中子及其它强子，或形成π介子、K介子及其它介子。

用科学术语来说明，胶子是量子色动力学用来在两个夸克之间传递强相互作用的矢量规范玻色子。胶子本身带有强相互作用的色荷，这与光子不同，光子不带有电荷。因此，胶子不但传递强相互作用，它还参与强相互作用，这使得量子色动力学的分析远比量子电动力学困难。

性质

胶子是自旋为1的带质量粒子可以拥有三种偏振态。在量子场论里，为了满足局域规范不变性，规范玻色子的质量必须为零，因此胶子不带质量（实验上限为0.0002 eV），所以，只有两种偏振态。

类似光子，胶子是个矢量粒子，所以胶子的内秉宇称是负数-1。

胶子的工作机制

在量子色动力学里，依照所带有的色荷与反色荷来区分，一共存在有8种不同的胶子。每个夸克都带有三个不同的色荷：红色、蓝色与绿色。每个反夸克都带有三个不同的反色荷：反红色、反蓝色与反绿色。每个胶子带有一个色荷与一个反色荷。要想正确了解它们怎样组合在一起，就必需更仔细地思考色荷数学。

色荷与量子叠加

在量子力学里，根据态叠加原理，假若粒子处于由几种量子态组合而成的叠加态，则粒子处于其中任意量子态的概率为有限值；假若对于这系统测量某物理量，则可能得到几种不同的数值。例如，设定胶子的色态为红色-反蓝色加上蓝色-反红色：

；

其中，、、、分别为红色、蓝色、反红色、反蓝色。

假若测量此胶子的颜色，则它的色荷是红色-反蓝色的机会为50%，是蓝色-反红色的机会为50% 。

色单态

在科普界时常会提到，由几个夸克或反夸克组成的稳定粒子，例如像质子与中子一类的强子，假若能够在大自然被观察得到，则总色荷必须是无色的（或白色的）：所有自然发生的粒子都是无色的。

更精准地说，所有自然发生的粒子都处于色单态，这是为了遵守夸克禁闭。例如，每一种重子的波函数在颜色部分必须是反对称的色单态：

；

其中，为绿色。

胶子的色单态为。

由于色单态的胶子不违反夸克禁闭，它应该能够以自由粒子的形式存在于大自然，并且在两个强子之间传递强作用力，例如，在质子与中子之间传递强作用力，因此，强作用力也会变为远距作用力，但是强作用力是一种短距作用力，因此色单态的胶子不存在。

八种胶子

每个胶子带有一个单位色荷的颜色与一个单位色荷的反颜色。颜色可以是红色、蓝色或绿色。反颜色可以是反红色、反蓝色或反绿色。所以，胶子可能处于九种不同的色态，分别为、、、、、、、、。实际而言，胶子是处于这九种色态的线性独立组合，但是由于先前提到的色单态并不存在，所以只有八种色态，分别为

		。

这些色态共同组成“八重态”，或“色八重态”。这些色态的色波函数等价于盖尔曼矩阵。例如，

在盖尔曼矩阵里，第一横排第二竖排的元素对应于红色-反蓝色，第二横排第一竖排的元素对应于蓝色-反红色，整个矩阵对应于色态。

这八个色态彼此线性独立，并且独立于色单态；几个色态的任何线性组合都无法复制其它色态；它也无法制成、、，否则，禁戒的色单态也可被制成。

上述八重态并不是唯一选择，也可挑选其它种八重态，但它们都数学等价，会给出同样的物理结果，并且运算过程不会更简易。

群论

用群论来表述，色单态不存在这句话只是量子色动力学具有SU(3)对称（八个线性独立态），而不具有U(3)（九个线性独立态）对称的体现。并没有任何先天理由选择这种群而不选择那种群，但是实验结果支持SU(3)对称。