Калибровочные бозоны — бозоны, которые действуют как переносчики фундаментальных взаимодействий[1][2]. Точнее, элементарные частицы, взаимодействия которых описываются калибровочной теорией, оказывают действие друг на друга при помощи обмена калибровочными бозонами, обычно как виртуальными частицами.
В Стандартной модели существует три типа калибровочных бозонов: фотоны, W- и Z-бозоны и глюоны. Каждый тип соответствует одному из трех описываемых в рамках Стандартной модели взаимодействий: фотоны — калибровочные бозоны электромагнитного взаимодействия, W- и Z-бозоны переносят слабое взаимодействие, а глюоны переносят сильное взаимодействие[3]. Из-за конфайнмента изолированные глюоны не появляются при низких энергиях. Впрочем, при низких энергиях возможно наблюдение массивных глюболов, существование которых на 2010 год экспериментально не подтверждено.
В квантовой калибровочной теории калибровочные бозоны являются квантами калибровочных полей. Следовательно, калибровочных бозонов существует столько же, сколько калибровочных полей. В квантовой электродинамике калибровочная группа — U(1); в этом простейшем случае всего один калибровочный бозон. В квантовой хромодинамике более сложная группа SU(3) имеет 8 генераторов, что соответствует 8 глюонам. Два W-бозона и один Z-бозон соответствуют, грубо говоря, трем генераторам SU(2) в теории электрослабого взаимодействия.
По техническим причинам, включая калибровочную инвариантность, которая в свою очередь нужна для перенормируемости, калибровочные бозоны математически описываются уравнениями поля для безмассовых частиц. Следовательно, на наивном теоретическом уровне восприятия все калибровочные бозоны должны быть безмассовыми, а взаимодействия, которые они описывают, должны быть дальнодействующими. Конфликт между этой идеей и экспериментальным фактом, что слабое взаимодействие имеет очень малый радиус действия, требует дальнейшего теоретического исследования.
По Стандартной модели W- и Z-бозоны получают массу через механизм Хиггса. В механизме Хиггса четыре калибровочных бозона (SU(2) Х U(1) симметрии) электрослабого взаимодействия соединяются в поле Хиггса. Это поле подвержено спонтанному нарушению симметрии из-за формы его потенциала взаимодействия. В результате через Вселенную проходит ненулевой конденсат поля Хиггса. Этот конденсат соединяется с тремя калибровочными бозонами электрослабого взаимодействия (W± и Z), сообщая им массу; оставшийся калибровочный бозон остается безмассовым (фотон). Эта теория также предсказывает существование скалярного бозона Хиггса[4], который был открыт на БАК в 2012 году[5][6].