膠子

在1968年的電子對質子的深度非彈性散射實驗中，就觀察到可能存在有膠子的跡象。實驗表明，質子中有著點狀的物質，然而，質子的能量，只有一半由帶電的點狀物質所攜帶，其他一半則由中性的、無電磁相互作用的組分所攜帶。在夸克模型中，這些帶電的點狀物質被解釋作夸克，中性的組分就是膠子。在J/ψ粒子發現之後，又發現了一系列由正反c夸克構成的粲偶素。實驗上測得的粲偶素ηc(贗標粒子)和J/ψ粒子（矢量粒子）的壽命比，與由組成它們的正反夸克通過兩個或三個膠子進行衰變（圖1）的圖像計算的結果相符。這可以作為一種間接的佐證。1981年，在高能正負電子對撞實驗中發現的三噴注現象，可以解釋為正反夸克(q,悧)及膠子(g)引起的(圖2)。更為直接的證明，有待於膠球的發現。按目前的理論，雖然膠子有色，但由於膠子之間有相互作用，它們可以結合成“無 色”的複合態─膠球。它們的質量的量級為GeV/c2，其存在在實驗上的證實將有助於對膠子的進一步認識。

1979年夏季，DESY的PETRA實驗也觀測到一個三噴注現象，被解釋為正反夸克膠子的韌致輻射。後續的TASSO，MARK-J，PLUTO等實驗陸續證實了此觀測。

另外，在1996至2007年間，H1與ZEUS探測器實驗對質子中膠子的數分佈和動量分佈進行了測量。HERMES以及HERA實驗研究了膠子組份對質子自旋的貢獻。

迄今為止，實驗上並沒有發現自由的夸克粒子。現代的觀點認為色自由度在通常情況下被禁閉起來（色禁閉），所以自由的夸克由於攜帶色荷不能單獨存在，而是受色量子數和味道量子數的約束從而配對成無色的強子態，這被稱為夸克禁閉現象。然而，在Fermilab實驗中已經顯示出單一頂夸克產生的跡象（實際上仍然是配對產生，不過其中正反夸克具有不同的味道數）。實驗上還未確證膠球的存在。

2000年，歐洲核子研究中心（CERN）SPS的重離子對撞實驗聲稱觀測到退禁閉現象，他們發現一種全新的物態，即夸克-膠子等離子體。由於沒有像在強子中夸克膠子之間那麼強的相互作用，夸克膠子等離子體非常類似於一種液體的存在。2004年至2010年，布魯克海文國家實驗室相對論性重離子對撞機（RHIC）的四個同時期開展的實驗也宣布發現了夸克-膠子等離子體態。2010年，歐洲核子研究中心大型強子對撞機的三個實驗ALICE，ATLAS，CMS也宣稱證實了夸克-膠子等離子體態的存在。

在物理學中，膠子是一種負責傳遞強核力的玻色子。它們把夸克‘捆綁’在一起，使之形成質子、中子及其他強子。

膠子是矢量規範玻色子，如同光子，它的電荷為0，自旋為1，但膠子本身帶有色荷，可以產生強相互作用。為了滿足局域規範不變性，膠子的質量必須為零，所以每一種膠子與光子一樣具有兩種偏振態。

描述夸克及膠子間強相互作用的理論叫量子色動力學（QCD）。量子色動力學告訴我們，夸克之間發生強相互作用通過交換膠子實現，而當兩個夸克交換膠子時，它們自身攜帶的顏色也會同時改變。因膠子本身帶色荷，所以膠子除了傳遞強相互作用之外，膠子與膠子之間也會有強相互作用，這一點不同於傳遞電磁相互作用的光子，光子由於不帶電荷，所以光子與其自身並沒有相互作用。膠子具有自相互作用這一性質使得物理學家對強核力的數學分析變得十分複雜和困難。

在量子色動力學中，夸克具有三種不同的色荷，通常稱為：紅色、藍色與綠色；反夸克具有三種不同的反色荷：反紅色、反藍色與反綠色。以數學上群論的觀點看，量子色動力學作為一個規範理論，其對應的規範群是特殊幺正群SU(3）。夸克作為SU(3）群的基礎表示引入，所以攜帶三種不同的色荷；而膠子則屬於SU(3）群的伴隨表示，其維度為8，所以我們說膠子共有8種。通俗地講，我們可以認為膠子同時具有色荷與反色荷，三種色荷與三種反色荷組合共有九種可能。

膠子本身帶有色荷而產生強相互作用。膠子間自相互作用使得色場可以形成弦狀體，通常稱為“通量管”（flux tube）。通量管兩端連接著夸克。像彈簧一樣，當通量管被拉長時，需要耗費能量，且隨著通量管的長度增加能量成線性增長。夸克正是通過這種機制被囚禁於強子內部。當通量管被拉到足夠長時，通量管會斷裂，並在斷裂處產生一對新的正反夸克，與原有的夸克配對分別形成強子態，這樣形成的粒子仍然是無色的。

膠球是純粹由膠子組成的強子束縛態。膠球在理論上之所以能存在是由於膠子之間存在強相互作用。要注意的是，與介子、重子等其他已知的強子態一樣，膠球本身也不帶色，即色中性。理論上有許多可能的膠球態，但都還未被實驗確證。