W fizyce cząstek elementarnych , bozony cechowania są nośnikami oddziaływań podstawowych. Innymi słowy, cząstki elementarne , których oddziaływania są opisane przez teorię pola z cechowaniem powodują powstanie sił poprzez wymianę bozonów cechowania.

Bozony cechowania w modelu standardowym

W Modelu Standardowym istnieją trzy rodzaje bozonów cechowania: fotony , bozony W i Z , oraz gluony . Każdemu z nich odpowiada jedno z oddziaływań: fotony są bozonami oddziaływania elektromagnetycznego , bozony W i Z oddziaływania słabego , natomiast gluony przenoszą oddziaływanie silne . W związku z hipotezą uwięzienia kwarków, pojedyncze gluony nie występują przy niskich energiach. Mogą natomiast występować jako ciężkie kule gluonowe (ich istnienie nie zostało jednak potwierdzone eksperymentalnie).

Liczba bozonów cechowania

W kwantowej teorii pola z cechowaniem, bozony cechowania są kwantami pól z cechowaniem. Oznacza to, że istnieje tyle bozonów cechowania, ile generatorów pola. W prostym przypadku elektrodynamiki kwantowej , gdzie grupą cechowania jest U(1), istnieje tylko jeden bozon cechowania ( foton ). W chromodynamice kwantowej , bardziej skomplikowana grupa SU(3) posiada 8 generatorów, co znajduje odbicie w ośmiu gluonach . Istnienie trzech bozonów W i Z wynika z 3 generatorów grupy SU(2) w oddziaływaniu elektrosłabym .

Ciężkie bozony cechowania

Z przyczyn technicznych bozony cechowania są opisywane matematycznie przez równania pola dla cząstek nie posiadających masy. W najprostszym rozumieniu wszystkie bozony cechowania powinny być więc pozbawione masy , natomiast siły przez nie przenoszone powinny mieć duży zasięg. Sprzeczność pomiędzy tą teorią a dowodami eksperymentalnymi, ukazującymi bardzo krótki zasięg oddziaływania słabego , wymaga głębszego spojrzenia na problem.

W myśl Modelu Standardowego , bozony W i Z uzyskują masę przez Mechanizm Higgsa : cztery bozony (symetrii SU(2)xU(1)) oddziaływania elektrosłabego łączą się z polem Higgsa . Pole to ulega spontanicznemu załamaniu symetrii , w wyniku czego wszechświat wypełniony jest przez niezerową energię próżni . Ta Wartość łączy się następnie z trzema spośród bozonów cechowania oddziaływania elektrosłabego (W i Z), nadając im masę. Pozostałe bozony pozostają bez masy (fotony). Teoria przewiduje również istnienie skalara , bozonu Higgsa , który nie został dotychczas zaobserwowany.

Poza Modelem Standardowym

Teorie wielkiej unifikacji

W Teoriach Wielkiej Unifikacji istnieją dodatkowe bozony cechowania, nazywane bozonami X i bozonami Y . Tworzyłyby one bezpośrednie oddziaływanie pomiędzy kwarkami a leptonami , naruszając zasadę zachowania liczby barionowej i powodując rozpad protonu . Bozony te byłyby bardzo ciężkie (bardziej niż bozony W i Z ), w związku z złamaniem symetrii . Żadne przesłanki ku istnieniu takich bozonów (np. podczas rozpadów protonów obserwowanych w Super-Kamiokande ) nie zostały zaobserwowane.

Grawitony

Czwarte oddziaływanie podstawowe, grawitacja , w teorii może również być przenoszone przez bozon , zwany grawitonem . Z powodu braku danych eksperymentalnych i matematycznie spójnej teorii kwantowej grawitacji nie wiadomo czy grawiton byłby bozonem cechowania.

Zobacz też

• Bozon
• Cechowanie (fizyka)
• Oddziaływania podstawowe
• Nośniki oddziaływań
• Teoria pola z cechowaniem
• Chromodynamika kwantowa
• Elektrodynamika kwantowa
• Oddziaływanie elektrosłabe