Mätare boson

Standardmodellen för elementarpartiklar , med mätarbosonerna i den fjärde kolumnen i rött

Inom partikelfysik är en gauge boson en bosonisk elementarpartikel som fungerar som kraftbärare för elementära fermioner . Elementarpartiklar, vars interaktioner beskrivs av en mätteori , interagerar med varandra genom utbyte av mätare bosoner, vanligtvis som virtuella partiklar .

Fotoner , W och Z bosoner och gluoner är gauge bosoner. Alla kända gauge bosoner har ett spin på 1; Som jämförelse Higgs-bosonen spinn noll och den hypotetiska gravitonen har ett spin på 2. Därför är alla kända gauge-bosoner vektorbosoner .

Gaugebosoner skiljer sig från de andra typerna av bosoner: för det första, fundamentala skalära bosoner (Higgsbosonen); för det andra, mesoner , som är sammansatta bosoner, gjorda av kvarkar ; tredje, större sammansatta, icke-kraftbärande bosoner, såsom vissa atomer .

Mätbosoner i standardmodellen

Standardmodellen för partikelfysik känner igen fyra typer av mätare bosoner: fotoner , som bär den elektromagnetiska interaktionen ; W och Z bosoner , som bär den svaga interaktionen ; och gluoner , som bär den starka interaktionen .

Isolerade gluoner förekommer inte eftersom de är färgladdade och föremål för färginneslutning .

Mångfald av gauge bosoner

I en kvantiserad gauge-teori är gauge-bosoner kvanta av gauge-fälten . Följaktligen finns det lika många mätarbosoner som det finns generatorer av mätfältet. Inom kvantelektrodynamik är mätgruppen U (1) ; i detta enkla fall finns det bara en gauge boson, fotonen. Inom kvantkromodynamik har den mer komplicerade gruppen SU (3) åtta generatorer, motsvarande de åtta gluonerna. De tre W- och Z-bosonerna motsvarar (ungefär) de tre generatorerna av SU (2) i elektrosvag teori .

Massiva gauge bosoner

Gauge-invarians kräver att gauge-bosoner beskrivs matematiskt med fältekvationer för masslösa partiklar. I annat fall lägger masstermerna till ytterligare termer som inte är noll till lagrangian under gauge-transformationer, vilket bryter mot gauge-symmetri. Därför, på en naiv teoretisk nivå, krävs att alla gauge-bosoner är masslösa, och de krafter som de beskriver måste vara långväga. Konflikten mellan denna idé och experimentella bevis för att de svaga och starka interaktionerna har en mycket kort räckvidd kräver ytterligare teoretisk insikt.

Enligt standardmodellen får W- och Z-bosonerna massa via Higgs-mekanismen . I Higgs-mekanismen kopplas de fyra gauge bosonerna (av SU (2) × U (1) symmetri) av den förenade elektrosvaga interaktionen till ett Higgs-fält . Detta fält genomgår spontant symmetribrott på grund av formen på dess interaktionspotential. Som ett resultat genomsyras universum av ett Higgs vakuumförväntningsvärde som inte är noll (VEV). Denna VEV kopplas till tre av de elektrosvaga gauge-bosonerna (Ws och Z), vilket ger dem massa; den återstående gauge bosonen förblir masslös (fotonen). Denna teori förutspår också förekomsten av en skalär Higgs-boson , som har observerats i experiment vid LHC .

Bortom standardmodellen

Stora enande teorier

Georgi –Glashow-modellen förutspår ytterligare gaugebosoner som heter X- och Y-bosoner . De hypotetiska X- och Y-bosonerna förmedlar interaktioner mellan kvarkar och leptoner , vilket bryter mot bevarandet av baryonnummer och orsakar protonsönderfall . Sådana bosoner skulle vara ännu mer massiva än W- och Z-bosoner på grund av symmetribrott . Analys av data som samlats in från sådana källor som Super-Kamiokande neutrinodetektorn har inte gett några bevis för X- och Y-bosoner. ^{[ citat behövs ]}

Gravitoner

Den fjärde grundläggande interaktionen, gravitationen , kan också bäras av en boson, som kallas graviton . I avsaknad av experimentella bevis och en matematiskt sammanhängande teori om kvantgravitation är det okänt om detta skulle vara en mätboson eller inte. Rollen av gauge invarians i allmän relativitetsteori spelas av en liknande ^{[ förtydligande behövs ]} symmetri: diffeomorphism invariance .

W' och Z' bosoner

W' och Z' bosoner hänvisar till hypotetiska nya gauge bosoner (namngivna i analogi med standardmodellen W och Z bosoner) .

Se även

externa länkar

Förklaring av gauge boson och gauge fält av Christopher T. Hill