规范玻色子：修订间差异
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'''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'''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]]。 |
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[[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'''。 |
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== 标准模型的规范玻色子 == |
== 标准模型的规范玻色子 == |
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[[粒子物理学]]的[[标准模型]]给出了三种标准 |
[[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。 <ref>{{cite book | author=Veltman, Martinus | title=Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics | publisher=World Scientific | year=2003 | isbn=981-238-149-X}}</ref> |
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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]]。 |
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]]。 |
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=== 规范玻色子的多样性 === |
=== 规范玻色子的多样性 === |
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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)|''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[[特殊酉群|''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，[[特殊酉群|''SU''(2)]]的三个生成元（大致）对应于[[W及Z玻色子]]。 |
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在[[量子化]]的[[规范场论]]中标准玻色子是规范场的量子。Consequently, there are as many gauge bosons as there are generators of the gauge field. In [[quantum electrodynamics]], the gauge group is [[U(1)|''U''(1)]]; in this simple case, there is only one gauge boson. In [[quantum chromodynamics]], the more complicated group [[SU(3)|''SU''(3)]] has eight generators, corresponding to the eight gluons. The three W and Z bosons correspond (roughly) to the three generators of [[SU(2)|''SU''(2)]] in [[electroweak theory|GWS theory]]. |
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=== 带质量的规范玻色子 === |
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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。 |
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For technical reasons involving [[gauge invariance]], gauge bosons are described mathematically by [[field (physics)|field]] equations for massless particles. Therefore, at a naïve theoretical level all gauge bosons are required to be massless, and the forces that they describe are required to be long-ranged. The conflict between this idea and experimental evidence that the weak interaction has a very short range requires further theoretical insight. |
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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。<ref>{{cite web|title=CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson|url=http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html|publisher=CERN|accessdate=4 July 2012|archive-date=2012-07-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20120705215550/http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html|dead-url=no}}</ref> |
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According to the Standard Model, the W and Z bosons gain mass via the [[Higgs mechanism]]. In the Higgs mechanism, the four gauge bosons (of ''SU''(2)×''U''(1) symmetry) of the unified [[electroweak interaction]] couple to a [[Higgs field]]. This field undergoes [[spontaneous symmetry breaking]] due to the shape of its interaction potential. As a result, the universe is permeated by a nonzero Higgs [[vacuum expectation value]] (VEV). This VEV couples to three of the electroweak gauge bosons (the Ws and Z), giving them mass; the remaining gauge boson remains massless (the photon). This theory also predicts the existence of a scalar [[Higgs boson]], which may have been observed in experiments that were reported on 4 July 2012.<ref>{{cite web|title=CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson|url=http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html|publisher=CERN|accessdate=4 July 2012}}</ref> |
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== Beyond the Standard Model == |
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=== 大统一理论 === |
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[[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[[超级神冈探测器|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。{{Citation needed|date=March 2012}} |
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A [[grand unified theory]] predicts additional gauge bosons named [[X and Y bosons]]. The hypothetical X and Y bosons direct interactions between [[quark]]s and [[lepton]]s, hence violating conservation of [[baryon number]] and causing [[proton decay]]. Such bosons would be even more massive than W and Z bosons due to [[symmetry breaking]]. Analysis of data collected from such sources as the [[Super-Kamiokande]] [[neutrino detector]] has yielded no evidence of X and Y bosons.{{Citation needed|date=March 2012}} |
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=== 引力子 === |
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[[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]]。 |
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The fourth fundamental interaction, [[gravity]], may also be carried by a boson, called the [[graviton]]. In the absence of experimental evidence and a mathematically coherent theory of [[quantum gravity]], it is unknown whether this would be a gauge boson or not. The role of [[gauge invariance]] in [[general relativity]] is played by a similar symmetry: [[diffeomorphism invariance]]. |
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=== W' |
=== W'及Z'玻色子 === |
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{{main|W' and Z' bosons}} |
{{main|:en:W' and Z' bosons}} |
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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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W' and Z' bosons refer to hypothetical new gauge bosons (named in analogy with the [[Standard Model]] [[W and Z bosons]]). |
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==参考文献== |
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* [[玻色-爱因斯坦统计]] |
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2022年10月4日 (二) 08:22的最新版本
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
[编辑]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。 [1]
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
[编辑]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
[编辑]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。[2]
後标准模型
[编辑]大统一理论
[编辑]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。[來源請求]
引力子
[编辑]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
[编辑]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）。
参考文献
[编辑]- ^ 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]. （原始内容存档于2012-07-05）.
参阅
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