Kalibrační bosony jsou bosony , které fungují jako nositelé základních interakcí [1] [2] . Přesněji řečeno, elementární částice , jejichž interakce popisuje kalibrační teorie , na sebe působí výměnou kalibračních bosonů, obvykle jako virtuální částice .
Ve standardním modelu existují tři typy kalibračních bosonů : fotony , W a Z bosony a gluony . Každý typ odpovídá jedné ze tří interakcí popsaných v rámci Standardního modelu: fotony jsou kalibrační bosony elektromagnetické interakce , W- a Z-bosony přenášejí slabou sílu a gluony přenášejí silnou sílu [3] . Kvůli zadržení se izolované gluony neobjevují při nízkých energiích. Při nízkých energiích je však možné pozorovat masivní lepicí kuličky , jejichž existence nebyla do roku 2010 experimentálně potvrzena.
V kvantové měřicí teorii jsou měřicí bosony kvanty měřicích polí . Proto existuje tolik kalibračních bosonů, kolik je kalibračních polí. V kvantové elektrodynamice je měřicí skupina U(1) ; v tomto nejjednodušším případě existuje pouze jeden kalibrační boson. V kvantové chromodynamice má složitější skupina SU(3) 8 generátorů , což odpovídá 8 gluonům. Dva W-bosony a jeden Z-boson odpovídají, zhruba řečeno, třem SU(2) generátorům v elektroslabé teorii .
Z technických důvodů, včetně kalibrační invariance , která je zase potřebná pro renormalizovatelnost, jsou kalibrační bosony matematicky popsány rovnicemi pole pro bezhmotné částice. Proto na naivní teoretické úrovni vnímání musí být všechny kalibrační bosony nehmotné a interakce, které popisují, musí být dlouhého dosahu. Konflikt mezi touto myšlenkou a experimentální skutečností, že slabá síla má velmi krátký dosah, vyžaduje další teoretické zkoumání.
Ve standardním modelu získávají bosony W a Z hmotnost prostřednictvím Higgsova mechanismu . V Higgsově mechanismu se v Higgsově poli spojují čtyři kalibrační bosony ( SU(2) X U(1) symetrie) elektroslabé interakce . Toto pole podléhá spontánnímu narušení symetrie v důsledku tvaru jeho interakčního potenciálu. Výsledkem je, že vesmírem prochází nenulový kondenzát Higgsova pole . Tento kondenzát se spojuje se třemi elektroslabými kalibračními bosony (W ± a Z), které jim dávají hmotnost; zbývající kalibrační boson zůstává bez hmotnosti (foton). Tato teorie také předpovídá existenci skalárního Higgsova bosonu [4] , který byl objeven na LHC v roce 2012 [5] [6] .
Ve velkých sjednocených teoriích (GUT) se objevují další bosony měřidla X a Y. Řídí interakce mezi kvarky a leptony , porušují zákon zachování baryonového čísla a způsobují rozpad protonu . Tyto bosony mají podle kvantových standardů obrovskou hmotnost (možná ještě více než bosony W a Z ) kvůli porušení symetrie. Dosud nebylo získáno jediné experimentální potvrzení existence těchto bosonů (například v sérii pozorování rozpadů protonů v japonském zařízení SuperKamiokande ).
Čtvrtá základní síla, gravitace , může být také nesena bosonem, který se nazývá graviton . Vzhledem k absenci jak experimentálního výzkumu na toto téma, tak matematicky konzistentní obecně přijímané teorie kvantové gravitace , ve skutečnosti není zcela známo, zda je graviton kalibračním bosonem nebo ne. Roli kalibrační invariance v obecné relativitě hraje podobná symetrie, invariance difeomorfismu . (Vidět kalibrační teorii gravitace ).
Hypotetická pátá základní síla může být také nesena kalibračním bosonem; je možné, že se jedná o částici X17 .
| Částice ve fyzice | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| základní částice |
| ||||||||||||
| Kompozitní částice |
| ||||||||||||