Gluonen

Gluonen sind die Austauschteilchen, also die Bosonen, der starken Wechselwirkung, der stärksten der vier fundamentalen Naturkräfte. Sie halten die Quarks im Inneren von Protonen und Neutronen zusammen und sorgen indirekt dafür, dass die Atomkerne stabil bleiben. Ihr Name leitet sich vom englischen Wort glue für Kleber ab, denn sie sind buchstäblich der Klebstoff der Materie.

Anders als das elektrisch neutrale Photon trägt das Gluon selbst eine sogenannte Farbladung. Deshalb wechselwirken Gluonen auch untereinander, was zu einer einzigartigen Eigenschaft der starken Kraft führt: Sie wird mit wachsender Entfernung stärker statt schwächer. Dieses Confinement bewirkt, dass sich einzelne Quarks niemals isolieren lassen. Zieht man zwei Quarks auseinander, bildet sich zwischen ihnen ein enger, schlauchförmiger Feldbereich, eine Art chromodynamische Saite, in dem bald so viel Energie steckt, dass daraus neue Quark-Antiquark-Paare entstehen. Umgekehrt verhalten sich Quarks bei sehr kurzen Abständen fast frei, ein Phänomen namens asymptotische Freiheit, für dessen Erklärung David Gross, David Politzer und Frank Wilczek 2004 den Nobelpreis erhielten.

Es gibt acht verschiedene Gluonentypen, die zusammen mit den Quarks den Kern der Quantenchromodynamik bilden. Bemerkenswert ist, dass der allergrößte Teil der Masse eines Protons nicht von seinen Quarks stammt, sondern aus der gespeicherten Energie des Gluonenfeldes, ganz im Sinne von Einsteins Gleichung von Energie und Masse. Weil Gluonen selbst wechselwirken können, sagt die Theorie zudem sogenannte Glueballs voraus, hypothetische Teilchen, die ausschließlich aus gebundenen Gluonen bestehen, ohne einen einzigen Quark. Trotz jahrzehntelanger Suche in Teilchenbeschleunigern konnte bislang kein eindeutiger Glueball-Kandidat zweifelsfrei nachgewiesen werden.

In der Science-Fiction tauchen Gluonen selten beim Namen auf, stehen aber im Hintergrund exotischer Materiekonzepte. Bei extremen Dichten kann sich ein Quark-Gluon-Plasma bilden, ein Urzustand der Materie wie kurz nach dem Urknall, und Ideen wie Quarksterne oder Strangelet-Waffen beruhen darauf, dass die starke Kernkraft Materie in noch dichtere, fremdartige Formen zwingt.