Войти
Стандартная модель элементарных частиц, с калибровочными бозонами в четвертом столбце красным цветом В физике элементарных частиц, a калибровочный бозон - это носитель силы, бозонная частица, несущая любое из фундаментальных взаимодействий природы, обычно называемых силами. Элементарно. частицы, взаимодействия которых описываются калибровочной теорией, взаимодействуют друг с другом путем обмена калибровочными бозонами - обычно как виртуальные частицы.
Все известные калибровочные бозоны имеют spin из 1; для сравнения, бозон Хиггса имеет нулевой спин. Следовательно, все известные калибровочные бозоны являются векторными бозонами.
Калибровочные бозоны отличаются от других видов бозонов: во-первых, фундаментальные скалярные бозоны (бозон Хиггса); во-вторых, мезоны, которые представляют собой составные бозоны, состоящие из кварков ; в-третьих, более крупные составные бозоны, не несущие силы, такие как некоторые атомы.
В Стандартной модели физики элементарных частиц распознаются четыре типа калибровочных бозонов: фотоны, несущие электромагнитные взаимодействие ; W- и Z-бозоны, несущие слабое взаимодействие ; и глюоны, несущие сильное взаимодействие.
Изолированные глюоны не возникают, потому что они заряжены цветом и подвержены ограничению цвета.
В квантованной калибровочной теории калибровочные бозоны являются квантами калибровочных полей. Следовательно, калибровочных бозонов столько, сколько генераторов калибровочного поля. В квантовой электродинамике калибровочная группа - это U (1) ; в этом простом случае имеется только один калибровочный бозон - фотон. В квантовой хромодинамике более сложная группа SU (3) имеет восемь генераторов, соответствующих восьми глюонам. Три W- и Z-бозона соответствуют (примерно) трем генераторам SU (2) в теории GWS.
По техническим причинам, связанным с калибровочная инвариантность, калибровочные бозоны математически описываются уравнениями поля для безмассовых частиц. Следовательно, на наивном теоретическом уровне все калибровочные бозоны должны быть безмассовыми, а силы, которые они описывают, должны быть дальнодействующими. Конфликт между этой идеей и экспериментальным свидетельством того, что слабые и сильные взаимодействия имеют очень короткий диапазон, требует дальнейшего теоретического понимания.
Согласно Стандартной модели, бозоны W и Z набирают массу посредством механизма Хиггса. В механизме Хиггса четыре калибровочных бозона (симметрии SU (2) × U (1)) объединенного электрослабого взаимодействия соединяются с полем Хиггса. Это поле подвергается спонтанному нарушению симметрии из-за формы его потенциала взаимодействия. В результате Вселенная пронизана ненулевым значением математического ожидания вакуума Хиггса (VEV). Этот VEV связан с тремя электрослабыми калибровочными бозонами (Ws и Z), придавая им массу; оставшийся калибровочный бозон остается безмассовым (фотон). Эта теория также предсказывает существование скалярного бозона Хиггса, который наблюдался в экспериментах на LHC.
Модель Джорджи – Глэшоу предсказывает дополнительные калибровочные бозоны, называемые X- и Y-бозонами. Гипотетические бозоны X и Y опосредуют взаимодействия между кварками и лептонами, тем самым нарушая сохранение барионного числа и вызывая распад протона. Такие бозоны были бы даже более массивными, чем бозоны W и Z из-за нарушения симметрии. Анализ данных, собранных из таких источников, как Супер-Камиоканде детектор нейтрино, не дал никаких доказательств наличия бозонов X и Y.
Четвертое фундаментальное взаимодействие, гравитация, также может переноситься бозоном, называемым гравитоном. В отсутствие экспериментальных данных и математически согласованной теории квантовой гравитации неизвестно, будет ли это калибровочный бозон или нет. Роль калибровочной инвариантности в общей теории относительности играет аналогичная симметрия: инвариантность диффеоморфизма.
W 'и Z 'бозоны относятся к гипотетическим новым калибровочным бозонам (названным по аналогии с Стандартной моделью W- и Z-бозонами ).
