Калибровочный бозон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

В физике элементарных частиц калибровочные бозоны — это бозоны, которые действуют как переносчики фундаментальных взаимодействий природы. Точнее, элементарные частицы, взаимодействия которых описываются калибровочной теорией, оказывают действие друг на друга при помощи обмена калибровочными бозонами, обычно как виртуальными частицами.

[править] Калибровочные бозоны в рамках Стандартной модели

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. Из-за конфайнмента изолированные глюоны не появляются при низких энергиях. Впрочем, при низких энергиях возможно наблюдение массивных глюболов(glueballs), существование которых на 2006 год экспериментально не подтверждено.

[править] Количество калибровочных бозонов

В квантовой калибровочной теории калибровочные бозоны являются квантами калибровочных полей. Следовательно, калибровочных бозонов существует столько же, сколько источников 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 источников, что соответствует 8 глюонам. Три W и Z бозона соответствуют, грубо говоря, трем источникам SU(2) в теории электрослабого взаимодействия.

[править] Массивные калибровочные бозоны

По техническим причинам, включающим калибровочную инвариантность, 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, который до сих пор обнаружен не был.

[править] За рамками Стандартной модели

[править] Теории великого объединения

В теориях великого объединения (ТВО) появляются дополнительные калибровочные X и Y бозоны. Они управляют взаимодействиями между кварками и лептонами, нарушая закон сохранения барионного числа и вызывая распад протона. Эти бозоны имеют огромную по квантовым меркам массу (возможно, даже большую, чем W и Z бозоны) из-за нарушения симметрии. До сих пор не получено ни одного экспериментального подтверждения существования этих бозонов (например, в серии наблюдений за распадами протонов на японской установке Супер-Камиоканде).

[править] Гравитоны

Четвертое фундаментальное взаимодействие, гравитация, также может переноситься бозоном, который был назван гравитоном. При отсутствии экспериментальной очевидности и математически последовательной теории квантовой гравитации неизвестно, является ли гравитон калибровочным бозоном или нет. Роль калибровочной инвариантности в ОТО играет похожая симметрия — инвариантность диффеоморфизма.

[править] См. также

• Бозон
• Калибровочная теория
• Стандартная модель
• Фундаментальное взаимодействие
• Электрослабое взаимодействие
• Квантовая электродинамика
• Квантовая хромодинамика