¿Cómo puede un detector distinguir entre un fotón y un gluón?

Los gluones nunca se encuentran aislados. Si tuviera una forma de detectar directamente la masa, la carga y el espín de las partículas, y el detector encuentra algo sin masa, sin carga y con espín 1, es un fotón, definitivamente no un gluón.

Además, los fotones interactúan electromagnéticamente, mientras que los gluones no. La forma en que se construyen los detectores modernos suele tener un rastreador de silicio en el centro, que detecta partículas cargadas, rodeado por una capa de calorímetros electromagnéticos, que detectan partículas que interactúan electromagnéticamente, y luego una capa de calorímetros hadrónicos, que detectan partículas de gran masa. que no fueron detenidos por los calorímetros EM. Los fotones son las únicas partículas que depositan energía en el calorímetro electromagnético pero no se registran en el rastreador de silicio ni en el calorímetro hadrónico. Si los gluones pudieran propagarse de forma independiente, probablemente apenas se registrarían en ninguno de los componentes del detector porque las partes que interactúan fuertemente, los núcleos atómicos, son muy pequeñas (por supuesto, si los gluones no estuvieran confinados,

De hecho, no se pueden medir los gluones, ya que el hecho de que estén cargados de color implica que siempre están confinados. Por lo tanto, mientras que el fotón puede escapar libremente de la colisión, los gluones, como los quarks, pueden no hacerlo. Esa es la razón por la cual ustedes miden en sus detectores materia hadronizada, cuyo contenido de color es "blanco".

Una imagen vale más que mil palabras.

Evento de tres chorros. Visualización electrónica de una colisión electrón-positrón en el detector ALEPH del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas cerca de Ginebra. La pantalla muestra una sección transversal del detector, con el tubo de haz en el centro (azul) rodeado por varios componentes del detector (azul y rojo). El electrón y el positrón, acelerados a alta energía en el colisionador LEP del CERN, se aniquilan en el centro para crear un quark y un antiquark, uno de los cuales irradia un gluón (portador de la fuerza nuclear fuerte). Aunque tienen una vida demasiado corta para ser detectados directamente, el quark, el antiquark y el gluón se desintegran en chorros de hadrones que se esparcen a través del detector.

La parte oscura es una cámara de proyección de tiempo (TPC) que ve partículas cargadas individuales. Este evento se interpreta como un quark antiquark gluon jets. Todos los chorros se identifican por la energía depositada, pero se necesitan más suposiciones para elegir cuál es el chorro de gluones. El hecho es que los detectores miden la energía de los chorros de gluones.

Los fotones, y también existen dentro de estos chorros, se identifican si depositan energía en el calorímetro electromagnético, el primer círculo rojo, pero ninguna pista cargada (del área oscura) ingresa al detector donde se deposita la energía. El calorímetro hadrónico es el segundo círculo oscuro, absorbe toda la energía de los hadrones.

Puede ver algunos fotones en la parte superior derecha e inferior izquierda, donde el TPC está oscuro, no hay pistas cargadas y existe una señal en el calorímetro electromagnético.