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規範玻色子

鎖定
規範玻色子是傳遞基本相互作用的媒介粒子,它們的自旋都為整數,屬於玻色子,它們在粒子物理學標準模型內都是基本粒子標準模型預言的另外一種玻色子——希格斯粒子,不屬於規範玻色子
中文名
規範玻色子
外文名
Gauge boson
功    能
傳遞基本相互作用
性    質
媒介粒子
特    點
自旋都為整數

規範玻色子簡介

規範玻色子是傳遞基本相互作用的媒介粒子,它們的自旋都為整數,屬於玻色子,它們在粒子物理學標準模型內都是基本粒子
規範玻色子包括:
標準模型預言的另外一種玻色子——希格斯粒子,不屬於規範玻色子 [1] 

規範玻色子標準模型的規範玻色子

粒子物理學標準模型給出了三種標準玻色子:傳遞電磁相互作用光子;傳遞弱相互作用W及Z玻色子,和傳遞強相互作用的膠子。
單個膠子在低能狀態下無法存在,因為他們的色荷性質,並且必須服從夸克禁閉

規範玻色子規範玻色子的多樣性

量子化規範場論中標準玻色子是規範場的量子。因此,規範玻色子的數量和規範場的生成元數量相當。在量子電動力學中,規範場是U(1);在這一簡單情形下,只有一個規範玻色子(光子)。在量子色動力學中,規範場是更復雜的SU(3),擁有八個生成元,因此對應於八種膠子。在電弱相互作用理論中,SU(2)的三個生成元(大致)對應於W及Z玻色子

規範玻色子帶質量的規範玻色子

基於技術上的原因,規範不變性導致規範玻色子在數學上被描述為無質量粒子的場方程。因此在單純的理論中,規範玻色子應當是無質量的,相互作用應當是長程的。這一觀點和弱相互作用是短程力的是實驗結果相矛盾,因此需要更深入的理論見解。
根據標準模型W及Z玻色子通過希格斯機制獲得質量。在希格斯機制中,統一的電弱相互作用中四種玻色子(擁有SU(2)×U(1) 對稱性)與希格斯場相耦合。根據場的勢能形狀,希格斯場會導致自發對稱性破缺。因此,宇宙中彌散了非零的希格斯真空期望值。非零的真空期望值與電弱相互作用中的三個玻色子(W及Z玻色子)相耦合,給予它們質量;剩下一個玻色子仍然是無質量的(光子)。這一理論同時預言了標量場希格斯粒子的存在;2012年7月4日報道中,實驗中觀測到了希格斯粒子。 [2] 

規範玻色子後標準模型

規範玻色子大統一理論

大統一理論預言新的規範玻色子,稱為X及Y玻色子。假想中的X及Y玻色子直接與夸克輕子相互作用,這會導致重子數守恆的違反,並導致質子衰變。基於對稱性破缺,這些玻色子可能會比W及Z玻色子的質量更重。來自超級神岡中微子探測器的數據分析表明,目前暫無證據表明X及Y玻色子的存在。

規範玻色子引力子

引力作為第四種相互作用,可能也是由被稱為引力子的玻色子傳遞的。但是實驗上尚無證據表明引力子的存在,數學上也沒有與量子引力相容的理論,因此我們不知道引力子是否為規範玻色子。廣義相對論中的規範不變性,可以由類似的對稱性來描述:微分流形不變性,又稱廣義協變。 [3] 
參考資料
  • 1.    Clark, John, E.O. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble. ISBN 0-7607-4616-8.
  • 2.    Gribbin, John (2000). Q is for Quantum – An Encyclopedia of Particle Physics. Simon & Schuster. ISBN 0-684-85578-X.
  • 3.    Veltman, Martinus. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. 2003. ISBN 981-238-149-X.