規範玻色子
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,它們在粒子物理學的標準模型內都是基本粒子。
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規範玻色子包括:
標準模型的規範玻色子
編輯粒子物理學的標準模型給出了三種標準玻色子:傳遞電磁相互作用的光子;傳遞弱相互作用的W及Z玻色子,和傳遞強相互作用的膠子。 [1]
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。
規範玻色子的多樣性
編輯在量子化的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,規範場是更複雜的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。
帶質量的規範玻色子
編輯基於技術上的原因,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純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]
後標準模型
編輯大統一理論
編輯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玻色子直接與夸克和輕子相互作用,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。[來源請求]
引力子
編輯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。
W'及Z'玻色子
編輯參考文獻
編輯- ^ Veltman, Martinus. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. 2003. ISBN 981-238-149-X.
- ^ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson. CERN. [4 July 2012]. (原始內容存檔於2012-07-05).