Калибровъчен бозон — определение и видове в Стандартния модел

Калибровъчните бозони са частици-носители на взаимодействията между елементарните частици. В Стандартния модел на физиката на елементарните частици има три вида калибровъчни взаимодействия — електромагнитно, слабо и силно — чиито преносители са изброени по‑долу. (Гравитацията не е част от Стандартния модел; нейният хипотетичен носител е гравитон.)

1. W и Z бозони, които пренасят слабата сила. W± са електрически заредени (W+ и W−) и участват в промени на вида на фермионите (например бета‑разпад). Z е неутрален. W и Z са тежки частици (масите им са от порядъка на 80–90 GeV), затова слабото взаимодействие има много къс обхват.
2. Глюони, които пренасят силната сила. Съществуват осем независими вида глуона, те носят „цветен“ заряд и могат да взаимодействат помежду си (поради неабелиевата природа на SU(3)). Глуоните са масово безмасови на теоретично ниво, но поради конфайнмента не се наблюдават свободни глуони в природата — те са свързани в хадрони.
3. Фотони, които са носители на електромагнитната сила. Фотонът е безмасова частица със заряд 0 и дава дълго­обхватно (на практика безкрайно) електромагнитно взаимодействие.

Брой и организация в Стандартния модел

В практическо смисъл в Стандартния модел има 12 калибровъчни бозона: фотонът, W+, W−, Z и осемте глуона. W и Z произлизат от обединеното електрослабо уравнение (комбинация на полетата на SU(2)_L и U(1)_Y), а фотонът е линейна комбинация, която остава безмасова след спонтанното нарушаване на симетрията.

Основни свойства

Всички калибровъчни бозони са тип бозони, тоест два или повече едни и същи бозони могат да заемат едно и също квантово състояние, за разлика от частиците‑фермиони. Повечето калибровъчни бозони в Стандартния модел са векторни частици със спин от 1; хипотетичният гравитон би имал спин 2, а скаларният бозон на Хигс — спин 0.

Маса и ролята на полето на Хигс

Калибровъчните бозони могат да бъдат масивни или безмасови в зависимост от механизма, който дава маса. Предполага се, че те взаимодействат с полето на Хигс. Чрез механизма на спонтанно нарушаване на симетрията (Хигс‑механизма) W и Z бозоните получават маса, докато фотонът остава без маса. Глуоните също са безмасови в теорията, но поради силното взаимодействие се проявяват само в свързани състояния.

Допълнителни бележки

• Глуоните, за разлика от фотоните, имат самовзаимодействие (те носят заряд, върху който действат сами), което води до явления като асимптотична свобода и конфайнмент.
• Електрослабата теория обединява електромагнитното и слабото взаимодействие при високи енергии; на по-ниски енергии симетрията е спонтанно нарушена и се появяват масивните W и Z.
• Гравитацията все още няма приет квантов опис в рамките на Стандартния модел; ако съществува квантов носител, той би бил гравитон, свързан с гравитацията и вероятно с различни свойства (например спин 2).

В обобщение: калибровъчните бозони са основните преносители на фундаменталните взаимодействия в Стандартния модел. Разбирането на техните свойства — маси, спинове, квантови числа и взаимодействия — е ключово за описанието на поведението на материята при различни енергии и за търсене на физика извън Стандартния модел.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представляват габаритните бозони?

В: Колко вида калибровъчни бозони има?

Въпрос: Кои калибровъчни бозони пренасят слабата сила?

В: Кои калибровъчни бозони носят силната сила?

В: Кои калибровъчни бозони носят електромагнитната сила?

Въпрос: Как се нарича теоретичният калибровъчен бозон за гравитацията?

В: Каква е стойността на спина на калибровъчните бозони?

Търсене по буква