¿Cómo pueden moverse los gluones a la velocidad de la luz (partículas sin masa) y al mismo tiempo estar confinados dentro de un protón / hadron?

Los gluones, hasta donde sabemos, no tienen masa. Es decir, no tienen masa en reposo. Es cierto que las partículas sin masa en reposo se mueven a la velocidad de la luz … si son partículas libres , se mueven en el vacío.

Las partículas que se intercambian en una interacción, llamadas partículas virtuales, no son libres. Un término bastante oblicuo utilizado por los físicos de partículas es que están “fuera de [la masa] caparazón”. Lo que esto significa en la práctica es que no están limitados por las reglas habituales cuando se trata de su velocidad frente a su masa.

Como un buen ejemplo, piense en la interacción nuclear débil, responsable de la desintegración beta. Está mediado por partículas que son aproximadamente 80 veces más pesadas que un átomo de hidrógeno. Normalmente, para producir tal partícula se requieren enormes energías. Sin embargo, como partículas virtuales, tales partículas pueden aparecer brevemente incluso cuando la energía disponible es seriamente deficiente. Es muy poco probable que existan. Es precisamente por eso que la interacción nuclear débil es débil: es muy raro que una partícula 80 veces más masiva que el protón aparezca momentáneamente cuando la energía disponible es una fracción muy pequeña de su masa en reposo. Pero puede suceder … porque una partícula virtual puede estar “fuera de caparazón”.

Volviendo a los gluones, o partículas sin masa en general: cuando están “fuera de la cáscara”, ya no se limitan a viajar a la velocidad de la luz. Entonces, no, los gluones dentro de un hadron, en la medida en que tiene sentido pensar en ellos como localizados, se mueven a una variedad de velocidades. De hecho, si realmente hace cálculos para calcular secciones transversales, uno de los pasos es integrar todos los valores posibles de momento (es decir, velocidad), ponderados con las probabilidades apropiadas. (Y, por cierto, la noción de integrarse sobre todos los valores posibles de impulso tiene sentido incluso cuando la partícula virtual en cuestión no está localizada, por lo que no se aplica la imagen ingenua de una pequeña bala de cañón volando de un lugar a otro).