miniatura|300x300px|Modelul standard al particulelor elementare, cu bosonii gauge din a patra coloană evidențiați cu roșu În fizica particulelor elementare, un boson gauge este o particulă elementară bosonică ce acționează ca purtător de forță pentru fermionii elementari. Particulele elementare ale căror interacțiuni sunt descrise de o teorie gauge interacționează între ele prin schimbul de bosoni gauge, de obicei sub formă de .

Fotonii, și gluonii sunt bosoni gauge. Toți bosonii gauge cunoscuți au spinul 1; pentru comparație, bosonul Higgs are spinul 0, iar gravitonul ipotetic are spinul 2. Prin urmare, toți bosonii gauge cunoscuți sunt .

Bosonii gauge sunt diferiți de celelalte tipuri de bosoni: în primul rând, fundamentali; în al doilea rând, mezonii, care sunt bosoni , formați din quarcuri; în al treilea rând, bosonii compoziți mai mari, care nu poartă forță, cum ar fi anumiți atomi.

Bosoni gauge în modelul standard Modelul standard al fizicii particulelor recunoaște patru tipuri de bosoni gauge: fotonii, care mediază interacțiunea electromagnetică; , care mediază interacțiunea slabă; și gluonii, care mediază interacțiunea tare.

Gluonii nu pot exista izolați deoarece sunt încărcați cu o proprietate numită culoare și sunt supuși confinării culorii.

Multiplicitatea bosonilor gauge Într-o teorie gauge cuantificată, bosonii gauge sunt cuante ale câmpurilor gauge. Ca urmare, există tot atâția bosoni gauge câți generatori are câmpul gauge. În electrodinamica cuantică, grupul gauge este ; în acest caz simplu, există un singur boson gauge, fotonul. În cromodinamica cuantică, grupul mai complex are opt generatori, corespunzători celor opt gluoni. Cei trei bosoni W și Z corespund (aproximativ) celor trei generatori ai lui în teoria interacțiunilor electroslabe.

Bosoni gauge masivi Invarianța gauge impune ca bosonii gauge să fie descriși matematic prin ecuații de câmp pentru particule fără masă. Altfel, termenii de masă adaugă termeni suplimentari nenuli la Lagrangian în cadrul transformărilor gauge, încălcând astfel simetria gauge. Prin urmare, la un nivel teoretic naiv, toți bosonii gauge ar trebui să fie fără masă, iar forțele pe care le descriu ar trebui să aibă o rază lungă de acțiune. Conflictul dintre această idee și dovezile experimentale care arată că interacțiunile slabe și tari au o rază foarte scurtă de acțiune necesită o abordare teoretică suplimentară.

Conform modelului standard, bosonii W și Z își dobândesc masa prin intermediul . În acest mecanism, cei patru bosoni gauge (ai simetriei SU(2)×U(1)) ai interacțiunii electroslabe unificate se cuplează cu un câmp Higgs. Acest câmp suferă o rupere spontană a simetriei datorită formei potențialului său de interacțiune. Ca rezultat, universul este străbătut de o (VEV) a câmpului Higgs. Această VEV se cuplează cu trei dintre bosonii gauge electroslabi (W, W și Z), conferindu-le masă; bosonul gauge rămas rămâne fără masă (fotonul). Această teorie prezice, de asemenea, existența unui boson Higgs scalar, care a fost observat în experimentele de la LHC.

Dincolo de modelul standard

Teorii ale marii unificări prezice existența unor bosoni gauge suplimentari, numiți . Acești bosoni ipotetici ar media interacțiuni între quarcuri și leptoni, încălcând astfel legea conservării numărului barionic și provocând . Din cauza , acești bosoni ar fi chiar mai masivi decât bosonii W și Z. Analiza datelor colectate de la detectorul de neutrini nu a identificat nicio dovadă a existenței bosonilor X și Y.

Gravitoni În unele extensii teoretice dincolo de modelul standard, se discută posibilitatea ca a patra interacțiune fundamentală, gravitația, să fie mediată de un boson ipotetic numit graviton. Din cauza lipsei dovezilor experimentale și a absenței unei teorii matematice complete a gravitației cuantice, nu se știe încă dacă gravitonul ar fi un boson gauge sau nu. În relativitatea generală, gravitația nu este formulată ca o teorie gauge în sens strict; totuși, un rol analog invarianței gauge este jucat de , adică invarianta ecuațiilor față de transformări netede ale coordonatelor spațiu-timpului.

Bosonii W′ și Z′

Bosonii W' și Z' se referă la noi bosoni gauge ipotetici (denumiți astfel prin analogie cu bosonii din modeulul standard).

Note

Vezi și

Boson Glueball Cromodinamică cuantică Electrodinamică cuantică

Legături externe Explicația bosonului gauge și a câmpurilor gauge de

Categorie:Fizica particulelor Categorie:Bosoni