글루온

요약 원자는 원자핵과 전자로 이루어져있고, 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있다. 양성자와 중성자는 6종류의 쿼크(quark) 중 3개의 쿼크가 모여 만들어지는데, 글루온은 바로 이 쿼크들을 엮어 놓는 힘인 강한상호작용을 전달하는 소립자(素粒子)이다.

기호 g, 질량 0, 전하 0, 전자스핀의 크기는 1이다. ‘글루’는 아교를 뜻한다. 소립자 중 강한상호작용을 하는 강입자족(양자 ·중성자 ·π중간자 등)은 쿼크나 반쿼크가 결합된 복합입자로, 이들 사이의 힘은 글루온의 교환에 의해 발생한다. 글루온에는 ‘색전하(色電荷)’라는 양자수(量子數)가 있다. 광자(光子)는 전하를 띠는 입자와 전하를 통해서 상호작용을 하고, 이들 대전입자 사이의 전자기력을 매개한다. 이와 마찬가지로 글루온은 색전하를 가진 입자, 즉 쿼크 ·반쿼크 및 다른 글루온과 색전하를 통해서 상호작용을 한다.

그 결과 생긴 힘은 색전하를 지닌 입자 사이의 거리가 강입자가 퍼진 넓이 정도로 클 경우에는 매우 강하여, 그 때문에 쿼크 ·반쿼크 ·글루온은 강입자 내부에 갇혀버리는 것으로 생각된다. 공간반전(空間反轉)에 대해서 음(陰)의 우기성(偶奇性)을 지니며, 또 색전하가 다른 8종류가 있다. 전자기장에 대한 국소적(局所的) 게이지불변성을 확장해서, 색전하에 관한 국소적 게이지불변성을 가한 게이지장의 양자론(量子論)을 ‘양자색역학(量子色力學)’이라 한다. 이 게이지장의 입자, 즉 양자색역학의 게이지입자가 글루온이다. 글루온은 강입자 내부에 갇혀 있으므로, 직접 입자로서 관측할 수는 없으나, 간접적이기는 하여도 실험을 통해서 앞서 서술한 것과 같은 성질은 확인될 수 있다.