A mérőbozonok olyan bozonok , amelyek alapvető kölcsönhatások hordozóiként működnek [1] [2] . Pontosabban, az elemi részecskék , amelyek kölcsönhatásait a mérőelmélet írja le , mérőbozonok cseréjén keresztül hatnak egymásra, általában virtuális részecskékként .
A standard modellben háromféle mérőbozon található: fotonok , W és Z bozonok és gluonok . Mindegyik típus megfelel a Standard Modell keretében leírt három kölcsönhatás valamelyikének: a fotonok az elektromágneses kölcsönhatás mérőbozonjai, a W- és Z-bozonok a gyenge erőt , a gluonok pedig az erős erőt [3] . A bezártság miatt az izolált gluonok nem jelennek meg alacsony energiákon. Alacsony energiákon azonban meg lehet figyelni masszív ragasztógolyókat , amelyek létezését 2010-ig kísérletileg nem igazolták.
A kvantummérő elméletben a mérőbozonok mérőmezők kvantumai . Ezért annyi mérőbozon van, ahány mérőmező. A kvantumelektrodinamikában a szelvénycsoport U(1) ; ebben a legegyszerűbb esetben csak egy mérőbozon van. A kvantumkromodinamikában a bonyolultabb SU(3) csoport 8 generátorral rendelkezik , ami 8 gluonnak felel meg. Két W-bozon és egy Z-bozon durván szólva három SU(2) generátornak felel meg az elektrogyenge elméletben .
Technikai okokból, beleértve a mérőváltozatlanságot , amelyre viszont szükség van az újranormálhatósághoz, a mérőbozonokat matematikailag leírják a tömeg nélküli részecskék téregyenleteivel. Ezért az észlelés naiv elméleti szintjén minden mérőbozonnak tömeg nélkülinek kell lennie, és az általuk leírt kölcsönhatásoknak nagy hatótávolságúaknak kell lenniük. Az ellentmondás ezen elképzelés és a kísérleti tény között, hogy a gyenge erő nagyon rövid hatótávolságú, további elméleti vizsgálatot igényel.
A szabványos modellben a W és Z bozonok a Higgs-mechanizmus révén nyernek tömeget . A Higgs-mechanizmusban az elektrogyenge kölcsönhatás négy mérőbozonja ( SU(2) X U(1) szimmetria) egyesül a Higgs-mezőben . Ez a mező spontán szimmetriatörésnek van kitéve a kölcsönhatási potenciál alakja miatt. Ennek eredményeként a Higgs-mező nullától eltérő kondenzátuma halad át az univerzumon . Ez a kondenzátum három elektrogyenge bozonnal (W ± és Z) egyesül, tömeget adva nekik; a maradék mérőbozon tömegtelen marad (foton). Ez az elmélet megjósolja a skaláris Higgs-bozon [4] létezését is, amelyet 2012- ben fedeztek fel az LHC -n [5] [6] .
A nagy egyesített elméletekben (GUT) további X és Y bozonok jelennek meg . Ezek szabályozzák a kvarkok és leptonok közötti kölcsönhatásokat , megsértve a barionszám megmaradási törvényét , és a proton bomlását okozzák . Ezeknek a bozonoknak kvantum-szabványon mérve hatalmas tömegük van (talán nagyobb, mint a W és Z bozonok ) a szimmetriatörés miatt. Eddig egyetlen kísérleti megerősítést sem kaptak ezeknek a bozonoknak a létezésére (például a japán SuperKamiokande létesítmény protonbomlásának megfigyelései során ).
A negyedik alapvető erőt, a gravitációt is hordozhatja a bozon, amelyet gravitonnak neveztek . A kérdéssel kapcsolatos kísérleti kutatások és a kvantumgravitáció matematikailag konzisztens, általánosan elfogadott elmélete hiányában valójában nem teljesen ismert, hogy a graviton mérőbozon-e vagy sem. A mértékváltozatlanság szerepét az általános relativitáselméletben egy hasonló szimmetria, a diffeomorfizmus invarianciája játssza . (Lásd a gravitáció mérőműszerelméletét ).
A hipotetikus ötödik alaperőt egy mérőbozon is hordozhatja; lehetséges, hogy ez egy X17-es részecske .
| Részecskék a fizikában | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| alapvető részecskék |
| ||||||||||||
| Kompozit részecskék |
| ||||||||||||