Kalibrační boson

V základní fyzice částic, bosons měřidla jsou částice, které přenášejí na základní síly . Jsou to bosony, které jsou vysílány jednou částicí a přijímány druhou. Proto se také označují jako výměnné bosony , výměnné částice, částice posla, částice nosiče, částice síly nebo částice interakce . Měřicí bosony jsou vektorové bosony .

Elementární částice ve standardním modelu
Kvarky Kalibrační bosony
Leptony Skalární bosony

Standardní model

Měřicí bosony jsou výsledkem požadavku lokální invariance měřidel na teorii pole , pokud se z ní stane kvantová teorie pole kvantizací . Požadavek stanoví, že v této teorii pole by měl být fyzikální účinek nezávislý na transformaci měřidla . Za tímto účelem musí být do Lagrangeovy teorie obecně zavedeno další měřicí pole. Po přechodu na kvantovou teorii pole zahrnuje kalibrační pole kvanta pole s integrálním spinem , tj. Typu bosonu. Říká se jim kalibrační bosony. Ve standardním modelu má každý z bosonů měřidla spin 1, a je tedy vektorovou částicí .

Foton je nejznámější měřidlo boson. Zprostředkovává elektromagnetickou interakci . Dalšími měřicími bosony standardního modelu jsou osm gluonů silné interakce a W ± bosony a Z bosony slabé jaderné síly .

Eichboson (y) číslo interakce Částice hmoty Kalibrační skupina
Gluony 8. Silná interakce Kvarky SU (3)
W + - W - - a Z 0 boson 3 Slabá interakce Kvarky , leptony SU (2)
foton 1 Elektromagnetická interakce Kvarky , leptony (bez neutrin) U (1)

Násobnost

V kvantované teorii měřidla jsou měřicí bosony kvantami polí měřidla. Existuje tolik kalibračních bosonů, kolik je generátorů v kalibrační skupině. V kvantové elektrodynamice je skupina měřidel U (1) jednorozměrná, takže existuje pouze jeden měřicí boson. Kalibrační skupina kvantové chromodynamiky , SU (3) , má osm generátorů, což odpovídá osmi gluonům. Jednotnou teorií elektro-slabé interakce (GSW) je skupina SU (2) x U (1), která na základě toho nakonec vede k fotonu 4 bosonů, W + - W - - a Z 0 bosonu.

Měřicí bosony jsou adjungovanými reprezentacemi základní skupiny symetrie. Pro SU (N) skupin standardního modelu , jejichž zastoupení je (N 2 -1) rozměrný. V elektroslabé teorii tedy existuje 8 gluonů a 4 (= 3 + 1) bosony o rozchodu.

Rozměry

Stav kalibrační invariance vyžaduje, aby všechny bosons měřidla jsou nehmotné, protože hmota termín v Lagrangeovy funkce je to rozchod neměnný . W + - a Z bosony však mají hmotnost. Toto je účinek Higgsova mechanismu , kterým je spontánně narušena symetrie SU (2) × U (1) elektroslabé interakce. Původní kalibrační bosony SU (2) × U (1) nejsou měřeny, ale jejich lineární kombinace. Přidružený Higgsův boson byl poslední experimentálně potvrzenou částicou standardního modelu fyziky elementárních částic. Bylo zjištěno na Large Hadron Collider (LHC) v roce 2012 . François Englert  a Peter Higgs získali v roce  2013 Nobelovu cenu za fyziku za teoretický vývoj Higgsova mechanismu  .

Nad rámec standardního modelu

Mnoho teorií, které jdou nad rámec standardního modelu fyziky elementárních částic, zavádějí nové interakce a tedy nové bosony měřidla. Žádná z těchto částic však dosud nebyla v experimentu změřena. Přesněji řečeno, graviton je také taková hypotetická částice, protože experimenty dosud nepotvrdily žádnou teorii kvantové gravitace.

Velká sjednocená teorie

Ve velkých sjednocených teoriích (GUT) jsou další bosony měřidla předpovídány jako X a Y. Ty by zprostředkovávaly interakce mezi kvarky a leptony , což by narušovalo zachování baryonového čísla a mohlo by tak způsobit rozpad protonu . Tyto bosony by byly extrémně masivní kvůli rozbití symetrie (dokonce těžší než bosony W a Z), jejich otočení 0 nebo 1.

Gravitace

Na rozdíl od ostatních není gravitační interakce předmětem standardního modelu , stejně jako hypotetická nosná částice, graviton . To je také výjimka, protože jako částice spin-2 se jedná o tenzorový boson , který je v souladu s atraktivním účinkem mezi hmotami (jako „gravitační náboje “).

W 'a Z' bosony

W 'a Z' (číst: W-prime a Z-prime) jsou hypotetické bosony měřidla, které se na základě svého isospinu spojují s fermiony standardního modelu . Vaše rotace je 1.

Rozšířením standardního modelu o alespoň jeden další U (1) -Eichgruppe lze vygenerovat Z'-boson, ale ne W'-boson. Dalším možným rozšířením je předpokládat n SU (2) -ich skupin, z nichž jedna generuje obvyklé W a Z bosony, druhá n - 1 W 'a Z' bosony.

Super symetrickí partneři

Hypotetickými supersymetrickými partnery kalibračních polí jsou následující pole Gaugino :

literatura

Gauge bosons jsou zahrnuty ve většině úvodních knih o moderní fyzice elementárních částic . Příklady:

  • David J. Griffiths: Úvod do elementárních částic . Wiley, John & Sons, Inc, 1987, ISBN 0-471-60386-4 . (Angličtina). Pro studenty fyziky ve středním semestru a pro laické zájemce.
  • Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder: Úvod do kvantových polí . Westview Press, 1995, ISBN 0-201-50397-2 . (Angličtina). Pro studenty fyziky se sklonem k teoretické fyzice (kurz kvantové teorie pole, teorie měřidel jsou pojednány až ve třetí části).
  • Klaus Bethge , Ulrich E. Schröder : Elementární částice a jejich interakce - přehled. WILEY-VCH, Weinheim 2006, ISBN 3-527-40587-9 .
  • Harald Fritzsch : Elementární částice. Stavební kameny hmoty. Beck, Mnichov 2004, ISBN 3-406-50846-4 .
  • Henning Genz: Elementární částice. Fischer, Frankfurt a. M. 2003, ISBN 3-596-15354-9 .

webové odkazy

Wikislovník: Eichboson  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady
  • Particle Data Group je standardní reference pro současné experimentální nálezy týkající se elementárních částic.

Individuální důkazy

  1. ^ B Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder: Úvod do kvantových polí . Westview Press, 1995, ISBN 0-201-50397-2 .
  2. ^ David J. Griffiths: Úvod do elementárních částic . Wiley, John & Sons, Inc, 1987, ISBN 0-471-60386-4 .
  3. ↑ Experimenty CERN pozorují částice v souladu s dlouho hledaným Higgsovým bosonem . Tisková zpráva z CERNu. 4. července 2012. Citováno 28. listopadu 2015.
  4. ↑ Částice potvrzena jako Higgsův boson. 14. dubna 2013. Citováno 12. července 2017 .