I gluoni sono particelle che mediano la forza che esistono in ogni nucleo atomico, tenendolo insieme. Mediano la forza nucleare forte, che è la più forte delle quattro forze della natura, 137 volte più forte dell’elettromagnetismo e circa 1.6 x 1039 volte più forte della gravità, la forza più debole. Il suo limite è che opera solo su distanze estremamente piccole, la scala del nucleo atomico. A distanze superiori a un femtometro (larghezza di un nucleo atomico di medie dimensioni) la forza forte inizia a svanire.
La forza forte tiene insieme tutta la materia conosciuta nell’universo ad eccezione della materia oscura, di cui non sappiamo praticamente nulla. Quindi il nucleo atomico è costituito da una combinazione di nucleoni (protoni e neutroni) e gluoni.
Come un fotone (luce), un gluone non ha massa. Rappresenta solo un pacchetto di forza. A differenza dei fotoni, tuttavia, i gluoni hanno il loro “colore” – il nome della carica nella forza forte – il che significa che interagiscono con se stessi, rendendo la cromodinamica quantistica (forza forte) matematicamente più complicata dell’elettrodinamica quantistica (elettromagnetismo). I fisici sospettano che possa essere possibile una “glueball”, un’aggregazione di soli gluoni senza nucleoni, ma non è stato ancora osservato.
Il gluone è stato scoperto per la prima volta nel 1979 durante l’esperimento TASSO al Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) in Germania. Nelle tipiche collisioni tra elettroni e positroni (antielettroni), in particolare acceleratori, si creano un quark e un antiquark, che emettono due distinti getti di particelle che si possono osservare nella camera a nebbia. Ma a un’energia sufficientemente elevata, appare un terzo getto, che rappresenta i gluoni che fuoriescono dal nucleo. Ciò ha fornito la prova sperimentale dell’esistenza dei gluoni, la cui esistenza era stata sospettata per un po’.
Ci sono otto diversi tipi di gluoni in totale e tre diversi tipi di “colore” (forte carica di forza). I gluoni sono responsabili di un fenomeno insolito chiamato “confinamento”. Non si possono mai separare due particelle cariche di colore l’una dall’altra. A differenza dell’elettromagnetismo, dove la carica tra due oggetti diminuisce man mano che si allontanano l’uno dall’altro, la forza forte rimane costante ed estremamente potente. Solo negli ambienti più surriscaldati e densi (possibilmente al centro delle stelle di neutroni più massicce e negli acceleratori di particelle) gluoni e nucleoni di diversi nuclei atomici si intrecciano e diventano ciò che viene chiamato plasma di quark, una zuppa di gluoni fluttuante. e nucleoni.