Калибровочные бозоны

(перенаправлено с «Калибровочный бозон»)

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.

Калибровочные бозоны в рамках Стандартной модели

править

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.

Количество калибровочных бозонов

править

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.

Массивные калибровочные бозоны

править

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].

За рамками Стандартной модели

править

Теории великого объединения

править

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 SuperKamiokande).

Гравитоны

править

Четвёртое фундаментальное взаимодействие, гравитация, также может переноситься бозоном, который был назван гравитоном. При отсутствии как экспериментальной исследованности этого вопроса, так и математически последовательной общепризнанной теории квантовой гравитации, в действительности окончательно не известно, является ли гравитон калибровочным бозоном или нет. Роль калибровочной инвариантности в ОТО играет похожая симметрия — инвариантность диффеоморфизма. (См. Калибровочная теория гравитации).

Пятая сила

править

Гипотетическое пятое фундаментальное взаимодействие также может переноситься калибровочным бозоном; возможно, что это частица X17.

Примечания

править
  1. Gribbin, John. Q is for Quantum – An Encyclopedia of Particle Physics. — Simon & Schuster, 2000. — ISBN 0-684-85578-X.
  2. Clark, John, E.O. The Essential Dictionary of Science. — Barnes & Noble, 2004. — ISBN 0-7607-4616-8.
  3. Veltman, Martinus. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. — World Scientific, 2003. — ISBN 981-238-149-X.
  4. CERN and the Higgs boson. CERN. Дата обращения: 23 ноября 2016. Архивировано из оригинала 23 ноября 2016 года.
  5. CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson. Дата обращения: 21 февраля 2022. Архивировано 29 октября 2012 года.
  6. Изучение бозона Хиггса. Дата обращения: 21 февраля 2022. Архивировано 3 ноября 2014 года.