Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стандартная модель элементарных частиц, с калибровочными бозонами в четвертой колонке в красном

В физике элементарных частиц , А калибровочный бозон является носителем силы , A бозонной частицы , которая осуществляет любую из фундаментальных взаимодействий природы, обычно называемых сил. [1] [2] Элементарные частицы , взаимодействие которых описывается калибровочной теорией , взаимодействуют друг с другом посредством обмена калибровочными бозонами - обычно как виртуальные частицы .

Все известные калибровочные бозоны имеют спин 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 - составные бозоны, состоящие из кварков ; в-третьих, более крупные составные бозоны, не несущие силы, такие как определенные атомы .

Калибровочные бозоны в Стандартной модели [ править ]

Стандартная модель по физике элементарных частиц распознает четыре вида калибровочных бозонов: фотоны , которые несут в себе электромагнитное взаимодействие ; W- и Z-бозоны , несущие слабое взаимодействие ; и глюоны , несущие сильное взаимодействие . [3]

Изолированные глюоны не возникают, потому что они заряжены цветом и подвержены ограничению цвета .

Кратность калибровочных бозонов [ править ]

В квантованной калибровочной теории , калибровочные бозоны кванты из 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 .

Массивные калибровочные бозоны [ править ]

По техническим причинам [ какие? ] с учетом калибровочной инвариантности , 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 доказательством того, что слабые и сильные взаимодействия имеют очень короткий диапазон, требует дальнейшего теоретического понимания.

Согласно Стандартной модели, бозоны W и Z набирают массу по механизму Хиггса . В механизме Хиггса четыре калибровочных бозона ( симметрии SU (2) × U (1)) объединенного электрослабого взаимодействия связаны 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., что наблюдалось в экспериментах на LHC . [4]

За пределами стандартной модели [ править ]

Теории великого объединения [ править ]

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 детектор нейтрино Супер-Камиоканде, не дал никаких доказательств наличия X- и Y-бозонов. [ необходима цитата ]

Гравитоны [ править ]

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 [ требуется пояснение ] симметрия: инвариантность диффеоморфизма .

W 'и Z' бозоны [ править ]

Основная статья: W 'и Z' бозоны

W 'и Z' бозоны относятся к гипотетическим новым калибровочным бозонам (названным по аналогии с W- и Z-бозонами Стандартной модели ).

См. Также [ править ]

  • Документы, нарушающие симметрию PRL 1964 г.
  • Бозон
  • Глюбол
  • Квантовая хромодинамика
  • Квантовая электродинамика

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гриббин, Джон (2000). Q означает «Квантовая» - энциклопедия физики элементарных частиц . Саймон и Шустер. ISBN 0-684-85578-X.
  2. ^ Кларк, Джон, EO (2004). Основной научный словарь . Barnes & Noble. ISBN 0-7607-4616-8.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. Перейти ↑ Veltman, Martinus (2003). Факты и загадки в физике элементарных частиц . World Scientific. ISBN 981-238-149-Х.
  4. ^ "ЦЕРН и бозон Хиггса" . ЦЕРН. Архивировано из оригинального 23 ноября 2016 года . Проверено 23 ноября +2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Объяснение калибровочных бозонов и калибровочных полей на Кристофер Т. Хилл