Gauge-bosoner er bosoner , der fungerer som bærere af fundamentale interaktioner [1] [2] . Mere præcist virker elementarpartikler , hvis interaktioner er beskrevet af gauge-teori , på hinanden gennem udveksling af gauge-bosoner, normalt som virtuelle partikler .
Der er tre typer gauge-bosoner i standardmodellen : fotoner , W- og Z-bosoner og gluoner . Hver type svarer til en af de tre vekselvirkninger, der er beskrevet i standardmodellens rammer: fotoner er målebosoner af den elektromagnetiske vekselvirkning , W- og Z-bosoner bærer den svage kraft , og gluoner bærer den stærke kraft [3] . På grund af indespærring vises isolerede gluoner ikke ved lave energier. Men ved lave energier er det muligt at observere massive limkugler , hvis eksistens ikke er blevet eksperimentelt bekræftet i 2010.
I kvantemålteorien er gaugebosoner kvanta af målefelter . Derfor er der lige så mange sporviddebosoner, som der er sporviddefelter. I kvanteelektrodynamik er målegruppen U(1) ; i dette simpleste tilfælde er der kun én gauge boson. I kvantekromodynamik har den mere komplekse SU(3) -gruppe 8 generatorer , hvilket svarer til 8 gluoner. To W-bosoner og en Z-boson svarer groft sagt til tre SU(2) -generatorer i den elektrosvage teori .
Af tekniske årsager, herunder gauge-invarians , som igen er nødvendig for renormaliserbarhed, er gauge-bosoner matematisk beskrevet ved feltligninger for masseløse partikler. Derfor skal alle gauge-bosoner på et naivt teoretisk perceptionsniveau være masseløse, og de interaktioner, de beskriver, skal være langtrækkende. Konflikten mellem denne idé og det eksperimentelle faktum, at den svage kraft har en meget kort rækkevidde, kræver yderligere teoretisk undersøgelse.
I standardmodellen får W- og Z-bosonerne masse gennem Higgs-mekanismen . I Higgs-mekanismen kombineres fire gauge-bosoner ( SU(2) X U(1) -symmetrier) af den elektrosvage interaktion i Higgs-feltet . Dette felt er udsat for spontan symmetribrud på grund af formen af dets interaktionspotentiale. Som et resultat passerer et ikke-nul- kondensat af Higgs-feltet gennem universet . Dette kondensat kombineres med tre elektrosvage gauge bosoner (W ± og Z), hvilket giver dem masse; den resterende gauge boson forbliver masseløs (foton). Denne teori forudsiger også eksistensen af den skalære Higgs-boson [4] , som blev opdaget ved LHC i 2012 [5] [6] .
I store forenede teorier (GUT'er) vises yderligere gauge X- og Y-bosoner . De styrer interaktionen mellem kvarker og leptoner , overtræder loven om bevarelse af baryontal og får protonen til at henfalde . Disse bosoner har en enorm masse efter kvantestandarder (måske endda mere end W- og Z-bosoner ) på grund af symmetribrud. Indtil videre er der ikke opnået en eneste eksperimentel bekræftelse af eksistensen af disse bosoner (for eksempel i en række observationer af protonhenfald ved det japanske SuperKamiokande-anlæg ).
Den fjerde grundkraft, tyngdekraften , kan også bæres af bosonen, som er blevet kaldt gravitonen . I mangel af både eksperimentel forskning om dette spørgsmål og en matematisk konsistent generelt accepteret teori om kvantetyngdekraft , er det faktisk ikke helt kendt, om gravitonen er en måleboson eller ej. Rollen af gauge-invarians i generel relativitetsteori spilles af en lignende symmetri, diffeomorfisme-invariansen . (Se gauge teori om tyngdekraft ).
Den hypotetiske femte grundkraft kan også bæres af en gauge boson; det er muligt, at dette er en X17-partikel .
| Partikler i fysik | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| fundamentale partikler |
| ||||||||||||
| Sammensatte partikler |
| ||||||||||||