Gluonen sind kraftvermittelnde Teilchen, die in jedem Atomkern existieren und ihn zusammenhalten. Sie vermitteln die starke Kernkraft, die stärkste der vier Naturkräfte, 137-mal stärker als der Elektromagnetismus und etwa 1.6 x 1039-mal stärker als die Schwerkraft, die schwächste Kraft. Seine Einschränkung besteht darin, dass es nur auf extrem kleine Distanzen, der Skala des Atomkerns, operiert. Bei Entfernungen von mehr als einem Femtometer (Breite eines mittelgroßen Atomkerns) beginnt die starke Kraft nachzulassen.
Die starke Kraft hält alle bekannte Materie im Universum zusammen, mit Ausnahme der Dunklen Materie, über die wir praktisch nichts wissen. Der Atomkern besteht also aus einer Kombination von Nukleonen (Protonen und Neutronen) und Gluonen.
Wie ein Photon (Licht) hat ein Gluon keine Masse. Es stellt nur ein Kraftpaket dar. Im Gegensatz zu Photonen haben Gluonen jedoch ihre eigene „Farbe“ – die Bezeichnung für die Ladung in der starken Kraft – was bedeutet, dass sie mit sich selbst interagieren, was die Quantenchromodynamik (starke Kraft) mathematisch komplizierter macht als die Quantenelektrodynamik (Elektromagnetismus). Physiker vermuten, dass ein „Glueball“, eine Ansammlung von Gluonen ohne Nukleonen, möglich sein könnte, aber bisher wurde noch nichts beobachtet.
Das Gluon wurde erstmals 1979 beim TASSO-Experiment am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Deutschland entdeckt. Bei typischen Kollisionen zwischen Elektronen und Positronen (Antielektronen) entstehen insbesondere in Beschleunigern ein Quark und ein Antiquark, das zwei unterschiedliche Teilchenstrahlen aussendet, die in der Nebelkammer beobachtet werden können. Aber bei ausreichend hoher Energie erscheint ein dritter Jet – der aus dem Kern entweichende Gluonen darstellt. Dies lieferte den experimentellen Beweis für die Existenz von Gluonen, deren Existenz seit einiger Zeit vermutet wurde.
Es gibt insgesamt acht verschiedene Arten von Gluonen und drei verschiedene Arten von „Farbe“ (starke Kraftladung). Gluonen sind für ein ungewöhnliches Phänomen namens „Einschluss“ verantwortlich. Keine zwei farbgeladenen Teilchen können jemals voneinander getrennt werden. Anders als beim Elektromagnetismus, wo die Ladung zwischen zwei Objekten abnimmt, wenn sie sich voneinander entfernen, bleibt die starke Kraft konstant und extrem stark. Nur in überhitzten und dichtesten Umgebungen (möglicherweise im Zentrum der massereichsten Neutronensterne und in Teilchenbeschleunigern) greifen Gluonen und Nukleonen aus verschiedenen Atomkernen ineinander und werden zu einem sogenannten Quarkplasma, einer frei schwebenden Gluonensuppe und Nukleonen.