Baždarni bozoni

Baždarni bozoni su bozoni koji deluju kao prenosnici fundamentalnih interakcija, što se detaljnije može opisati tako da elementarne čestice čija međudelovanja opisuje baždarna teorija jedne na drugu deluju silom tako da između sebe razmenjuju baždarne bozone, obično u obliku virtualnih čestica.^[1]^[2]^[3]

U Standardnom modelu poznate su tri vrste baždarnih bozona: fotoni, W i Z bozoni, te gluoni. Svaki su od njih odgovorni za jedno međudelovanje: fotoni su baždarni bozoni elektromagnetske sile, W i Z bozoni prenose slabu nuklearnu silu, a gluoni jaku nuklearnu silu. Za gravitaciju se takođe pretpostavlja da bi se mogla prenositi hipotetskim baždarnim bozonom koji je nazvan graviton.

Svi poznati baždareni bozoni imaju spin od 1; poređenja radi, Higsov bozon ima spin nula. Stoga su svi baždareni bozoni vektorski bozoni. Baždareni bozoni se razlikuju od ostalih vrsta bozona: prvo, fundamentalni skalarni bozoni (Higsov bozon); drugo, mezoni, koji su kompozitni bozoni, napravljeni od kvarkova; treće, veći kompozitni bozoni koji ne nose silu, poput pojedinih atoma.

Baždarni bozoni u Standardnom modelu

Standardni model fizike elementarnih čestica prepoznaje četiri vrste baždarenih bozona:^[4]^[5] fotoni koji nose elektromagnetnu interakciju; V i Z bozoni, koji nose slabu interakciju; i gluoni, koji nose snažnu interakciju.^[6]

Izolovani gluoni se ne javljaju, jer su naelektrisani bojom^[7] i podložni ograničavanju boje.^[8]^[9]

Mnogostrukost baždarenih bozona

U kvantizovanoj baždarenoj teoriji, baždareni bozoni merača su kvanti baždarenih polja.^[10]^[11] Shodno tome, postoji onoliko baždarenih bozona koliko ima generatora baždarenog polja. U kvantnoj elektrodinamici, baždarena grupa je U(1); u ovom jednostavnom slučaju postoji samo jedan baždareni bozon, foton. U kvantnoj hromodinamici, složenija grupa SU(3) ima osam generatora, što odgovara setu od osam gluona. Tri W i Z bozona odgovaraju (otprilike) trima generatorima SU(2) u GWS teoriji.

Masivni baždareni bozoni

Iz tehničkih razloga koji uključuju baždarenu nepromenljivost,^[12] baždareni bozoni su matematički opisani jednačinama polja za čestice bez mase. Prema tome, na naivnom teoretskom nivou, svi baždareni bozoni moraju biti bez mase, a sile koje opisuju moraju biti dugosežne. Sukob između ove ideje i eksperimentalnih dokaza da slabe i jake interakcije imaju vrlo kratak opseg zahteva dalji teorijski uvid.

Prema Standardnom modelu, W i Z bozoni dobijaju masu pomoću Higsovog mehanizma.^[13] U Higsovom mehanizmu, četiri baždarena bozona (simetrije SU(2)×U(1)) objedinjene elektroslabe interakcije sprežu se sa Higsovim poljem. Ovo polje prolazi kroz spontano narušavanje simetrije zbog oblika svog potencijala interakcije. Kao rezultat toga, svemir je prožet nenultim Higsova vakumskim očekivanim vrednostima (VEV). Ove VEV se spajaju sa tri elektroslaba baždarena bozona (tipova W i Z), dajući im masu; preostali baždareni bozon ostaje bez mase (foton). Ova teorija takođe predviđa postojanje skalarnog Higsovog bozona, što je primećeno u eksperimentima na LHC.^[14]

Izvan standardnog modela

Velike ujedinjavajuće teorije

Džordži-Glašov model predviđa dodatne baždarene bozone nazvane X i Y bozoni.^[15] Hipotetični X i Y bozoni posreduju u interakcijama između kvarkova i leptona, što narušava očuvanje barionskog broja^[16] i izaziva propadanje protona.^[17] Takvi bozoni bi zbog kršenja simetrije bili čak masivniji od W i Z bozona. Analiza podataka prikupljenih iz takvih izvora kao što je Super-Kamiokandov detektor neutrina nije dala nikakve dokaze o postojanju X i Z bozona.

Gravitoni

Četvrtu osnovnu interakciju, gravitaciju, takođe može da nosi bozon, nazvan graviton. U nedostatku eksperimentalnih dokaza i matematički koherentne teorije kvantne gravitacije, nepoznato je da li bi ovo bio baždareni bozon ili ne. Ulogu baždarene invarijantnosti u opštoj relativnosti igra slična simetrija: diferencijalna invarijantnost.^[18]^[19]

W' i Z' bozoni

W' i Z' bozoni se odnose na hipotetičke nove baždarene bozone (nazvana po analogiji sa W i Z bozonima Standardnog modela).

Reference

^ Gribbin, John (2000). Q is for Quantum – An Encyclopedia of Particle Physics. Simon & Schuster. ISBN 978-0-684-85578-3.
^ Clark, John E.O. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble. ISBN 978-0-7607-4616-5.
^ Clark, John E.O. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble. ISBN 0-7607-4616-8.
^ R. Oerter (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics (Kindle изд.). Penguin Group. стр. 2. ISBN 978-0-13-236678-6.
^ R. Mann (2010). An Introduction to Particle Physics and the Standard Model. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8298-2.
^ Veltman, Martinus (2003). Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. World Scientific. ISBN 981-238-149-X.
^ Feynman, Richard (1985), QED: The Strange Theory of Light and Matter, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-08388-9
^ Barger, V.; Phillips, R. (1997). Collider Physics. Addison–Wesley. ISBN 978-0-201-14945-6.
^ Greensite, J. (2011). An introduction to the confinement problem. Lecture Notes in Physics. 821. Springer. Bibcode:2011LNP...821.....G. ISBN 978-3-642-14381-6. doi:10.1007/978-3-642-14382-3.
^ Seiberg, N.; Witten, E. (1994a), „Electric-magnetic duality, monopole condensation, and confinement in N=2 supersymmetric Yang-Mills theory”, Nuclear Physics B, 426 (1): 19—52, Bibcode:1994NuPhB.426...19S, MR 1293681, arXiv:hep-th/9407087 , doi:10.1016/0550-3213(94)90124-4 ; „Erratum”, Nuclear Physics B, 430 (2): 485—486, 1994, Bibcode:1994NuPhB.430..485., MR 1303306, doi:10.1016/0550-3213(94)00449-8
^ Seiberg, N.; Witten, E. (1994b), „Monopoles, duality and chiral symmetry breaking in N=2 supersymmetric QCD”, Nuclear Physics B, 431 (3): 484—550, Bibcode:1994NuPhB.431..484S, MR 1306869, arXiv:hep-th/9408099 , doi:10.1016/0550-3213(94)90214-3
^ Yang C. N., Mills R. L. (1954). „Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance”. Phys. Rev. 96: 191—195. Bibcode:1954PhRv...96..191Y. doi:10.1103/PhysRev.96.191 .
^ Bernardi, G.; Carena, M.; Junk, T. (2007). „Higgs bosons: Theory and searches” (PDF). Review: Hypothetical particles and Concepts. Particle Data Group.
^ „CERN and the Higgs boson”. CERN. Архивирано из оригинала 23. 11. 2016. г. Приступљено 23. 11. 2016. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
^ Ta-Pei Cheng; Ling-Fong Li (1983). Gauge Theory of Elementary Particle Physics. Oxford University Press. ISBN 0-19-851961-3.
^ Griffiths, David (2008). Introduction to Elementary Particles (2nd изд.). New York: John Wiley & Sons. стр. 77. ISBN 9783527618477. „In the grand unified theories new interactions are contemplated, permitting decays such as p+ → e+ + π0 or p+ → ν + π+ in which baryon number and lepton number change.”
^ Bajc, Borut; Hisano, Junji; Kuwahara, Takumi; Omura, Yuji (2016). „Threshold corrections to dimension-six proton decay operators in non-minimal SUSY SU(5) GUTs”. Nuclear Physics B. 910: 1. Bibcode:2016NuPhB.910....1B. S2CID 119212168. arXiv:1603.03568 . doi:10.1016/j.nuclphysb.2016.06.017.
^ Ohanian, Hans C.; Ruffini, Remo (1994). Gravitation and Spacetime (2nd изд.). New York: W. W. Norton. ISBN 0-393-96501-5.
^ Norton, J.D. (1993). „General covariance and the foundations of general relativity: eight decades of dispute” (PDF). Reports on Progress in Physics. IOP Publishing. 56: 7. Bibcode:1993RPPh...56..791N. doi:10.1088/0034-4885/56/7/001. Архивирано из оригинала 06. 01. 2021. г. Приступљено 2018-10-17. CS1 одржавање: Неподобан URL (веза)

Literatura

B.A. Schumm (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-7971-5.
„The Standard Model of Particle Physics Interactive Graphic”.
I. Aitchison; A. Hey (2003). Gauge Theories in Particle Physics: A Practical Introduction. Institute of Physics. ISBN 978-0-585-44550-2.
W. Greiner; B. Müller (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0.
G.D. Coughlan; J.E. Dodd; B.M. Gripaios (2006). The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists. Cambridge University Press.
D.J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-60386-3.
G.L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 978-0-201-11749-3.
T.P. Cheng; L.F. Li (2006). Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-851961-4. Highlights the gauge theory aspects of the Standard Model.
J.F. Donoghue; E. Golowich; B.R. Holstein (1994). Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-47652-2. Highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
L. O'Raifeartaigh (1988). Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34785-3.
Nagashima, Yorikiyo (2013). Elementary Particle Physics: Foundations of the Standard Model, Volume 2. Wiley. ISBN 978-3-527-64890-0. 920 pages.
Schwartz, Matthew D. (2014). Quantum Field Theory and the Standard Model. Cambridge University. ISBN 978-1-107-03473-0. 952 pages.
Langacker, Paul (2009). The Standard Model and Beyond. CRC Press. ISBN 978-1-4200-7907-4. 670 pages. Highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.
E.S. Abers; B.W. Lee (1973). „Gauge theories”. Physics Reports. 9 (1): 1—141. Bibcode:1973PhR.....9....1A. doi:10.1016/0370-1573(73)90027-6.
M. Baak; et al. (2012). „The Electroweak Fit of the Standard Model after the Discovery of a New Boson at the LHC”. The European Physical Journal C. 72 (11): 2205. Bibcode:2012EPJC...72.2205B. S2CID 15052448. arXiv:1209.2716 . doi:10.1140/epjc/s10052-012-2205-9.
Y. Hayato; et al. (1999). „Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector”. Physical Review Letters. 83 (8): 1529—1533. Bibcode:1999PhRvL..83.1529H. S2CID 118326409. arXiv:hep-ex/9904020 . doi:10.1103/PhysRevLett.83.1529.
S.F. Novaes (2000). „Standard Model: An Introduction”. arXiv:hep-ph/0001283 .
D.P. Roy (1999). „Basic Constituents of Matter and their Interactions – A Progress Report”. arXiv:hep-ph/9912523 .
F. Wilczek (2004). „The Universe Is A Strange Place”. Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 134: 3. Bibcode:2004NuPhS.134....3W. S2CID 28234516. arXiv:astro-ph/0401347 . doi:10.1016/j.nuclphysbps.2004.08.001.
Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4 .
Christman, J. Richard (2001), „Colour and Charm” (PDF), www.physnet.org, Project PHYSNET, document MISN-0-283 .
Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5 .
Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 978-1-58488-798-0 .
Wu, T.-Y.; Pauchy Hwang, W.-Y. (1991). Relativistic quantum mechanics and quantum fields. World Scientific. стр. 321. ISBN 978-981-02-0608-6.
Muta, T. (2009). Foundations of Quantum Chromodynamics: An introduction to perturbative methods in gauge theories. Lecture Notes in Physics. 78 (3rd изд.). World Scientific. ISBN 978-981-279-353-9.
Smilga, A. (2001). Lectures on quantum chromodynamics. World Scientific. ISBN 978-981-02-4331-9.
Pauli, Wolfgang (1941). „Relativistic Field Theories of Elementary Particles”. Rev. Mod. Phys. 13: 203—32. Bibcode:1941RvMP...13..203P. doi:10.1103/revmodphys.13.203.
Yang C. N., Mills R. L. (1954). „Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance”. Phys. Rev. 96: 191—195. Bibcode:1954PhRv...96..191Y. doi:10.1103/PhysRev.96.191 .
Donaldson, Simon K. (1983). „Self-dual connections and the topology of smooth 4-manifolds”. Bull. Amer. Math. Soc. 8 (1): 81—83. MR 0682827. doi:10.1090/S0273-0979-1983-15090-5 .
Pickering, A. (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. ISBN 0-226-66799-5.

Spoljašnje veze

Baždarni bozoni na Vikimedijinoj ostavi.

Explanation of gauge boson and gauge fields by Christopher T. Hill

Čestice u fizici

Elementarne čestice

Fermioni

Kvarkovi	u · d · c · s · t · b
Leptoni	e^- · e⁺ · μ^- · μ⁺ · τ^- · τ⁺ · ν_e · ν_e · μ_e · μ_e · τ_e · τ_e

Bozoni

Baždarni	γ · g · W^± · Z

Ostale

Duhovi

Hipotetične

Superpartneri

Gaugino	Gluino · Gravitino
Ostali	Aksino · Bozino · Chargino · Higsino · Neutralino · Sfermion

Ostale	A⁰ · Dilaton · G · Higsov bozon · Majoron · Tahion · X · Y · W' · Z' · Sterilni neutrino

Složene

Hadroni

Barioni / Hiperioni	N (n · p) · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω
Mezoni / Kvarkoniji	π · ρ · η · η′ · φ · ω · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T