HIỆN TƯỢNG CẦM TÙ
Vì mỗi hạt quark có tích màu, cho nên đương nhiên phải có những hạt thực hiện sự tương tác giữa các tích màu, tương tự như vai trò của hạt proton trong trường điện từ. Các hạt này phải đảm nhiệm quá trình tán xạ và chuyển đổi giữa các hạt quark. Để thực hiện nhiệm vụ này chúng ta cần có 8 hạt mới. Các hạt mới này có tên là gluon (từ tiếng Anh glue = keo dán). Như vậy gluon là một loại keo đặc biệt có khả năng kết dính các quark với nhau.
Giống như proton, các gluon không mang điện tích, không có khối lượng và có spin bằng l. Nhưng có một điểm đặc biệt là chúng mang tích màu và đây là điểm khác biệt với hạt proton, do đó chúng có thể tương tác với nhau. Tích màu của gluon có một đặc điểm là: tích màu của gluon là tổ hợp tích màu của quark và phản quark.
Tương tác mạnh giữa các gluon với nhau dẫn đến hiện tượng cầm tù các hạt quark trong hađron. Hiện tượng này được mô tả trong tiếng Anh là confinement, nghĩa là cầm tù, giam cầm.
Ở khoảng cách rất bé thì các hạt quark lại gần như tự do, không tương tác với nhau: chúng hầu như không biết đến hạt láng giềng. Song khi khoảng cách giữa chúng tăng lên thì lực hút giữa các hạt quark này lại tăng lên chứ không giảm đi (như các lực bình thường). Theo tính toán, ở khoảng cách r = 10-15m, năng lượng tương tác giữa các hạt quark cỡ GeV, với r =10-l4 m, năng lượng là 10 GeV; còn khi r = 1cm, năng lượng này đạt đến 1013GeV!
Như vậy muốn làm phân rã các hađron thành những hạt quark cô lập chúng ta cần có một năng lượng khổng lồ. Vì năng lượng này khó đạt được cho nên các hạt quark trở thành những ''tù nhân'' vĩnh cửu: số phận của chúng là bị giam cầm vĩnh viễn trong lòng các hađron. Nhưng nếu các hađron không thể nào phân chia thành các yếu tố cấu thành chúng thì liệu còn có ý nghĩa gì để nói đến cấu trúc phức tạp của nó? Kinh nghiệm thường nhật cho chúng ta thấy rằng nếu một vật thể nào đó gồm nhiều phần nhỏ cấu thành thì ta luôn có cách phân chia vật thể đó ra từng mảnh để nghiên cứu các phần nhỏ đó. Một khúc gỗ có thể bổ ra thành từng que củi nhỏ; một cái nhà có thể đập tan thành những viên gạch và ngay cả hạt nhân nguyên tử cũng có thể phân chia thành những nucleon.
Song đến cỡ mức nucleon thì chúng ta gặp một tình huống lạ lùng và nghịch lý. Các nucleon (và nói chung các hađron) vừa có những cấu trúc phức tạp và đồng thời lại không phân chia ra được. Các hạt quark bị cầm tù trong hađron bởi trường gluon. Nếu tách các hạt quark xa nhau ra, thì trường này biến dạng thành một ống nhỏ (một sợi dây). Càng tách xa các quark thì sợi dây này càng có sức căng lớn và ở khoảng cách cỡ 10-15m thì dây có thể bị đứt. Sau khi dây gluon bị đứt một cặp quark - pharn quark xuất hiện và làm thành với các quark ban đầu hai hađron không có màu sắc. Vậy kết quả của quá trình tách các hạt quark cấu thành những hađron ta lại thấy xuất hiện những hađron mới chứ các hạt quark cô độc tự do thì không sống được sau khi phát sinh.
Ví dụ khi electron va chạm mạnh với proton thì xung lượng truyền cho proton không phải do toàn bộ hạt proton hấp thụ mà chất được hấp thu bởi một phần của proton - đó là một trong các hạt quark. Hạt quark này bắt đầu bị bắn xa khỏi các hạt quark khác. Song đồng thời sự tương tác của các hạt quark này với các hạt quark khác tăng mạnh lên đến mức sinh ra những cặp quark - phản quark, nghĩa là những hađron mới, những hađron này bắn thành tia theo chiều xung lượng được truyền. Nếu xung lượng đủ lớn, hạt quark trên đường chuyển động có thể nhả ra hạt gluon có màu sắc; vì có màu sắc nên gluon lại cũng không sống được, và do đó lại biến thành một tia những hađron. Như thế chứng tỏ rằng gluon không phải là một ảo vật mà là một hạt thực tế.
