规范玻色子

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基本粒子的标准模型。规范玻色子以橘红色展示。

规范玻色子是传递基本相互作用的媒介粒子,它们的自旋都为整数,属于玻色子,它们在粒子物理学的标准模型内都是基本粒子。

规范玻色子包括:

  • 胶子 - 强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种
  • 光子 - 电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种
  • W 及 Z 玻色子 - 弱相互作用的媒介粒子,自旋为1,有3种
  • 引力子 - 引力相互作用的媒介粒子,自旋为2,只有1种

标准模型预言的另外一种玻色子——希格斯粒子,不属于规范玻色子


标准模型的规范玻色子

粒子物理学的标准模型给出了三种标准玻色子:传递电磁相互作用的光子;传递弱相互作用的W及Z玻色子,和传递强相互作用的胶子。

单个胶子在低能状态下无法存在,因为他们的色荷性质,并且必须服从夸克禁闭。

规范玻色子的多样性

在量子化的规范场论中标准玻色子是规范场的量子。因此,规范玻色子的数量和规范场的生成元数量相当。在量子电动力学中,规范场是U(1);在这一简单情形下,只有一个规范玻色子(光子)。在量子色动力学中,规范场是更复杂的SU(3),拥有八个生成元,因此对应于八种胶子。在电弱相互作用理论中,SU(2)的三个生成元(大致)对应于W及Z玻色子。

带质量的规范玻色子

基于技术上的原因,规范不变性导致规范玻色子在数学上被描述为无质量粒子的场方程。因此在单纯的理论中,规范玻色子应当是无质量的,相互作用应当是长程的。这一观点和弱相互作用是短程力的是实验结果相矛盾,因此需要更深入的理论见解。

根据标准模型,W及Z玻色子通过希格斯机制获得质量。在希格斯机制中,统一的电弱相互作用中四种玻色子(拥有SU(2)×U(1) 对称性)与希格斯场相耦合。根据场的势能形状,希格斯场会导致自发对称性破缺。因此,宇宙中弥散了非零的希格斯真空期望值。非零的真空期望值与电弱相互作用中的三个玻色子(W及Z玻色子)相耦合,给予它们质量;剩下一个玻色子仍然是无质量的(光子)。这一理论同时预言了标量场希格斯粒子的存在;2012年7月4日报道中,实验中观测到了希格斯粒子。

后标准模型

大统一理论

大统一理论预言新的规范玻色子,称为X及Y玻色子。假想中的X及Y玻色子直接与夸克和轻子相互作用,这会导致重子数守恒的违反,并导致质子衰变。基于对称性破缺,这些玻色子可能会比W及Z玻色子的质量更重。来自超级神冈中微子探测器的数据分析表明,目前暂无证据表明X及Y玻色子的存在。[来源请求]

引力子

引力作为第四种相互作用,可能也是由被称为引力子的玻色子传递的。但是实验上尚无证据表明引力子的存在,数学上也没有与量子引力相容的理论,因此我们不知道引力子是否为规范玻色子。广义相对论中的规范不变性,可以由类似的对称性来描述:微分流形不变性,又称广义协变。

W'及Z'玻色子

主条目:en:W' and Z' bosons

W'及Z'玻色子是指假想中的新玻色子(类似于标准模型中的W及Z玻色子命名)。

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