0089. Perché per la carica elettrica è necessario un solo mediatore e per la carica di colore ne servono otto?

 Mentre la carica elettrica si manifesta in due stati (positiva e negativa), la carica di colore si manifesta in tre stati (rossa, verde e blu). Perché per la carica elettrica è sufficiente un singolo mediatore (il fotone), mentre per la carica di colore sono necessari otto varianti del mediatore (gluone)? (Marco Pugliese)

La differenza fondamentale tra l'interazione elettromagnetica (alla quale è associata la carica elettrica) e l'interazione forte (cui è associata la carica di colore) è che nel primo caso il mediatore dell'interazione è neutro, ovvero non ha esso stesso una carica dell'interazione che media. Questa proprietà è intimamente legata al numero di cariche elementari che sono associate all'interazione. Nel caso dell'interazione elettromagnetica vi è un solo tipo di carica, che può essere positiva o negativa. Il mediatore dell'interazione può essere considerato come una sovrapposizione degli stati elementari di carica positiva e negativa (ovvero particella ed anti-particella) e dunque risulta essere una particella neutra. Nel caso dell'interazione forte abbiamo invece tre stati di carica differenti (generalmente indicati con i tre colori) ciascuno dei quali può essere positivo o negativo. Se queste tre cariche fossero indipendenti l'una dall'altra, avremmo tre diverse interazioni simili a quella elettromagnetica. Viceversa, le tre cariche sono tutte parte della stessa interazione. In tal caso, il mediatore è ancora una sovrapposizione di stati di colore positivi e negativi, ma le combinazioni possibili sono molto maggiori. Abbiamo ad esempio il gluone rosso positivo - blu negativo (detto anche rosso anti-blu), o quello blu anti-rosso: questi stati non sono neutri rispetto all'interazione di colore. Combinando i tre colori con i tre anti-colori otteniamo nove combinazioni differenti. Otto di queste corrispondono agli otto mediatori dell'interazione forte. Per costruzione, l'unica combinazione che corrisponde ad una particella completamente neutra rispetto all'interazione di colore non è un mediatore dell'interazione forte.

Gino Isidori – Fisico