Respuesta corta: los físicos de partículas teóricos postularon los gluones en la década de 1960, como mediadores de las interacciones de quark. La evidencia experimental directa de su existencia se obtuvo más tarde en el anillo de almacenamiento PETRA, DESY (Alemania), en 1979, en el que se observó la emisión de chorros de partículas 3-coplanares durante una aniquilación de electrones-positrones. Dos de estos corresponden a un par quark-antiquark, y el tercero corresponde a un gluón.
Respuesta larga :
Cómo se postularon los quarks:
Alrededor de la década de 1950, los físicos experimentales de partículas descubrieron una ráfaga de partículas (generalmente hadrones), y se hicieron varios intentos para tratar de explicar esto en términos de un conjunto más pequeño de partículas más fundamentales. El más fructífero de estos fue la tabulación de ‘ocho vías’ de Gell Mann y Yuval Ne’eman, en la que las partículas podrían clasificarse más o menos ordenadamente en función de sus masas, cargas y otras propiedades en ‘grupos’. Gell Mann y George Zweig, en 1963, conjeturaron que la estructura de estos grupos podría explicarse simplemente por la existencia de tres sabores de partículas más pequeñas que constituyen los hadrones, denominados ” quarks “.
Cómo se postularon los gluones:
Sin embargo, había una situación peculiar. En este modelo, un barión Δ ++ estaba compuesto por 3 quarks ascendentes, todos con espines paralelos (una combinación de 3 fermiones con los mismos estados cuánticos). Esto es peculiar, ya que violaría el principio de exclusión de Pauli, algo en el corazón de la mecánica cuántica. Esto parecía apuntar a un número / simetría cuántica completamente nuevo que poseían estas partículas. En 1965, Yoichiru Nambu, Moo-Young Han y Oscar Greenberg mostraron que los quarks poseen una libertad adicional de calibre SU (3), denominada ‘carga de color’, y que los quarks podrían interactuar a través de un ‘octeto’ de bosones de calibre vectorial : los gluones . ( Ahora, los quarks no violarían el principio de exclusión, ya que ninguno de los quarks en el barión Δ ++ que existen juntos tendrían el mismo ‘color’ ).
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¿Los quarks eran reales? – La confusión provisional :
Los físicos pasaron algún tiempo debatiendo si los quarks eran ‘reales’ o no, dado que estaban ‘confinados’ (es decir, no pueden existir de manera independiente y necesariamente vienen en combinaciones ‘incoloras’) . Resultó que el ‘impulso de partón’ (como lo predijo Feynman, quien solía referirse a los quarks como partones) explicaba mejor la ‘dispersión inelástica profunda de electrones y protones’ (como lo verificaron los experimentos de dispersión de 1969 en el SLAC). Otras explicaciones como la ‘teoría de la matriz S’ cayeron en desgracia con esto y, por lo tanto, los quarks parecían realmente existir.
El clímax (detección de gluones):
En la década de 1970, se sabía / creía que la aniquilación de positrones de electrones y la formación del par quark-antiquark se producían mediante el intercambio de un fotón. Los pares de antiquark quark generados se degenerarían en hadrones que se emiten como dos ‘jets’ en el mismo plano que consiste en el punto de colisión electrón-positrón. En 1976, John Ellis, Mary Gaillard y Graham Ross propusieron la existencia de estados que darían como resultado ‘tres chorros coplanarios’, el tercero correspondiente a los hadrones generados por el ‘gluón’ que participa en la interacción. Esencialmente, los quarks salientes irradian cuantos de interacción fuerte, es decir, gluones, que luego pueden degenerar en hadrones en el mismo plano que un ‘tercer chorro’. Estos eventos de ‘tres chorros’ se detectaron en PETRA en DESY en 1979, y esta fue realmente la primera evidencia experimental directa de la existencia de gluones. Más tarde, estos fueron verificados a niveles de precisión mucho más altos.
Hoy en día, tenemos colisionadores lo suficientemente potentes / capaces como para generar un plasma de quark-gluon, un tipo de materia que existe a temperaturas y densidades muy altas (se supone que está presente en las primeras etapas del big bang), y en el que los quarks están ‘confinados’ [3].
Referencias
[1] – Veinticinco años de gluones
[2] – Artículo de Wiki sobre historia de QCD – Cromodinámica cuántica
[3] – ‘Perfecto’ Líquido Lo suficientemente caliente como para ser Sopa Quark
