Калібрувальний бозон
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
У фізиці елементарних частинок калібрува́льні бозо́ни — це бозони, які переносять фундаментальні взаємодії природи. Точніше, елементарні частинки, взаємодії яких описуються калібрувальною теорією, діють один на одного за допомогою обміну калібрувальними бозонами, зазвичай як віртуальними частинками.
Зміст |
[ред.] Калібрувальні бозони в рамках Стандартної моделі
В Стандартній моделі існує три типи калібрувальних бозонів: фотони, W і Z бозони і глюони. Кожен тип відповідає одній з трьох взаємодій, що описується в рамках Стандартної моделі: фотони — калібрувальні бозони електромагнітної взаємодії, W і Z бозони переносять слабку взаємодію, а глюони переносять сильну взаємодію. Через конфайнмент ізольовані глюони не з'являються при низьких енергіях. Втім, при низьких енергіях можливе спостереження масивних глюболів(glueballs), існування яких на 2006 рік експериментально не підтверджено.
[ред.] Кількість калібрувальних бозонів
В квантовій калібрувальній теорії калібрувальні бозони є квантами калібрувальних полів. Отже, калібрувальних бозонів існує стільки ж, скільки джерел калібрувальних полів. В квантовій електродинаміці калібрувальна група — U(1); в цьому найпростішому випадку всього один калібрувальний бозон. В квантовій хромодинаміці складніша група SU(3) має 8 джерел, що відповідає 8 глюонам. Три W і Z бозони відповідають, грубо кажучи, трьом джерелам SU(2) в теорії електрослабкої взаємодії.
[ред.] Масивні калібрувальні бозони
Із технічних причин, що включають калібрувальну інваріантність, калібрувальні бозони математично описуються рівняннями поля для безмасових частинок. Отже, на наївному теоретичному рівні сприйняття всі калібрувальні бозони повинні бути безмасовими, а взаємодії, які вони описують, повинні бути взаємодіями далекої дії. Конфлікт між цією ідеєю і експериментальним фактом, що слабка взаємодія має дуже малий радіус дії, вимагає подальшого теоретичного дослідження.
По Стандартній моделі W і Z бозони одержують масу через механізм Хігса. В механізмі Хігса чотири калібрувальні бозони (SU(2) Х U(1) симетрії) електрослабкої взаємодії з'єднуються в поле Хігса. Це поле схильне до спонтанного порушення симетрії через форму його потенціалу взаємодії. В результаті через Всесвіт проходить ненульовий конденсат поля Хігса. Цей конденсат з'єднується з трьома калібрувальними бозонами електрослабкої взаємодії (W± і Z), повідомляючи їм масу; калібрувальний бозон, що залишився, залишається безмасовим (фотон). Ця теорія також передбачає існування скалярного бозона Хігса, який дотепер знайдений не був.
[ред.] За рамками Стандартної моделі
[ред.] Теорії великого об'єднання
В теоріях великого об'єднання (ТВО) з'являються додаткові калібрувальні X і Y бозони. Вони управляють взаємодіями між кварками і лептонами, порушуючи закон збереження баріонного числа і викликаючи розпад протона. Ці бозони мають величезну за квантовими мірками масу (можливо, навіть більшу, ніж W і Z бозони) через порушення симетрії. Дотепер не отримано жодного експериментального підтвердження існування цих бозонів (наприклад, в серії спостережень за розпадами протонів на японській установці Супер-Каміоканде).
[ред.] Гравітони
Четверта фундаментальна взаємодія, гравітація, також може переноситися бозоном, який був названий гравітоном. За відсутності експериментальної очевидності і математично послідовної теорії квантової гравітації невідомо, чи є гравітон калібрувальним бозоном чи ні. Роль калібрувальної інваріантності в Загальній теорії відносності грає схожа симетрія — інваріантність дифеоморфізму.
[ред.] Див. також
- Бозон
- Калібрувальна теорія
- Стандартна модель
- Фундаментальна взаємодія
- Електрослабка взаємодія
- Квантова електродинаміка
- Квантова хромодинамика
