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規範玻色子

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基本粒子的標準模型。規範玻色子以橘紅色展示。

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

標準模型的規範玻色子

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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。 [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

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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

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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

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大統一理論

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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。[來源請求]

引力子

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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

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W'及Z'玻色子是指假想中的新玻色子(類似於標準模型中的W及Z玻色子命名)。

參考文獻

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  1. ^ Veltman, Martinus. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. 2003. ISBN 981-238-149-X. 
  2. ^ CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson. CERN. [4 July 2012]. (原始內容存檔於2012-07-05). 

參閱

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