Les gluons sont des particules de médiation de force qui existent dans chaque noyau atomique, le maintenant ensemble. Ils médiatisent la force nucléaire forte, qui est la plus forte des quatre forces de la nature, 137 fois plus forte que l’électromagnétisme et environ 1.6 x 1039 fois plus forte que la gravité, la force la plus faible. Sa limitation est qu’il n’opère que sur des distances extrêmement petites, l’échelle du noyau atomique. À des distances supérieures à un femtomètre (largeur d’un noyau atomique de taille moyenne), la force forte commence à s’estomper.
La force forte maintient ensemble toute la matière connue dans l’univers, à l’exception de la matière noire, dont nous ne savons pratiquement rien. Ainsi, le noyau atomique est constitué d’une combinaison de nucléons (protons et neutrons) et de gluons.
Comme un photon (lumière), un gluon n’a pas de masse. Cela représente juste un paquet de force. Contrairement aux photons, cependant, les gluons ont leur propre « couleur » – le nom de la charge dans la force forte – ce qui signifie qu’ils interagissent avec eux-mêmes, ce qui rend la chromodynamique quantique (force forte) plus compliquée mathématiquement que l’électrodynamique quantique (électromagnétisme). Les physiciens soupçonnent qu’une « boule de colle », une agrégation de gluons sans nucléons, pourrait être possible, mais aucune n’a encore été observée.
Le gluon a été découvert pour la première fois en 1979 lors de l’expérience TASSO au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Allemagne. Dans les collisions typiques entre les électrons et les positons (anti-électrons), en particulier les accélérateurs, un quark et un antiquark sont créés, envoyant deux jets de particules distincts qui peuvent être observés dans la chambre à nuages. Mais à une énergie suffisamment élevée, un troisième jet apparaît – qui représente les gluons s’échappant du noyau. Cela a fourni la preuve expérimentale de l’existence des gluons, dont l’existence avait été suspectée pendant un certain temps.
Il existe au total huit types différents de gluons et trois types différents de couleur (forte charge de force). Les gluons sont responsables d’un phénomène inhabituel appelé confinement. Deux particules chargées de couleur ne peuvent jamais être séparées l’une de l’autre. Contrairement à l’électromagnétisme, où la charge entre deux objets diminue à mesure qu’ils s’éloignent l’un de l’autre, la force forte reste constante et extrêmement puissante. Ce n’est que dans les environnements les plus surchauffés et les plus denses (éventuellement au centre des étoiles à neutrons les plus massives et dans les accélérateurs de particules) que les gluons et les nucléons de différents noyaux atomiques s’entremêlent et deviennent ce qu’on appelle un plasma de quarks, une soupe flottante de gluons. et les nucléons.