O que são fótons e glúons?

(Texto adaptado de Griffiths, D. “Introduction to Elementary Particles”, John Wiley & Sons,1987, cap.2)

Fótons são as partículas intermediadoras das forças eletromagnéticas assim como os gluons são as da força forte. Como partículas intermediadoras são virtuais, elas existem enquanto está existindo a interação. Assim, quando um próton está repelindo outro próton por ter a mesma carga, ou, então, um próton atrai um elétron por ter carga oposta, no novo modo de entender o efeito é que a atração ou repulsão se dá pela presença de um fóton virtual. Estas coisas que falamos “tão tranquilamente”, como cargas iguais ou opostas, na verdade, são traduzidas com uma formulação matemática extensa, como dá para ver pelo denso material do Griffiths. E na formulação exata certamente deve haver diferença para valores diferentes de carga. Glúons são as partículas intermediadoras da força forte, mas como os fótons também são bósons, isto é, tem spin 1 e um número quântico a mais, a cor. Existem três cores, R (red), G (green) e B (blue) e são chamadas carga cor, para ser comparada com as cargas elétricas. Gluons tem carga cor e intermediam forças fortes e fótons não têm carga elétrica, mas intermediam a força eletromagnética. Quanto às cargas elétricas, existe uma única carga elementar, que é a do elétron com mesmo sinal ou sinal contrário (não se fala que existem duas cargas a positiva e a negativa!). Só para recordar, as cargas dos quarks são 2/3 e 1/3 da do elétron, as anti-partículas têm sinal oposto. Então os glúons têm carga cor, que pode ser R B e G. Como tem carga cor podem interagir entre si. Os glúons interagem entre si. Os fótons não têm carga, não há interação entre fótons. Um fóton interage com um elétron, um átomo, mas não com outro fóton. Segundo Griffits (cap. 2.3- pág.61 Op.cit.) A cromodinâmica quântica (Quantum cromodynamics-QCD) “é muito semelhante à eletrodinâmica. Contudo, existem também importantes diferenças, mais conspicuamente, o fato que enquanto existe apenas um tipo de carga elétrica (ela pode ser positiva ou negativa, para ter certeza, mas um único número é suficiente para caracterizar a carga de uma partícula), existem três tipos de cores (red, green and blue). No processo q´→ q + g, isto é, um quark q interage com um gluon g e se transforma num quark q´: é a cor do quark (mas não o seu sabor) que pode mudar. Por exemplo, um quark up azul pode se converter num quark up vermelho. Uma vez que a cor (assim como a carga) é sempre conservada, isso significa que o gluon tem que carregar a diferença: neste exemplo, uma unidade de blueness e menos uma unidade de redness .

Os gluons são então de duas cores, carregando uma unidade de cor e uma unidade negativa de cor (ou seja, anticor, como o r barra). Existem evidentemente 3x3 possibilidades aqui de combinações e você poderia esperar que existissem 9 tipos de gluons. Por razões técnicas existem na verdade apenas 8. Uma vez que os gluons eles próprios carregam cores (não como fóton que é eletricamente neutro), eles se acoplam diretamente a outros gluons.