規範玻色子

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，它們在粒子物理學的標準模型內都是基本粒子。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。

基本介紹

• 中文名：規範玻色子
• 外文名：Gauge boson
• 功能：傳遞基本相互作用
• 性質：媒介粒子
• 特點：自旋都為整數

簡介

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，它們在粒子物理學的標準模型內都是基本粒子。

規範玻色子包括：

• 膠子-強相互作用的媒介粒子，自旋為1，有8種；
  
• 光子-電磁相互作用的媒介粒子，自旋為1，只有1種；
  
• W 及 Z 玻色子-弱相互作用的媒介粒子，自旋為1，有3種；
  
• 引力子-引力相互作用的媒介粒子，自旋為2，只有1種。
  

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

粒子物理學的標準模型給出了三種標準玻色子：傳遞電磁相互作用的光子；傳遞弱相互作用的W及Z玻色子，和傳遞強相互作用的膠子。

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

在量子化的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

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標量場希格斯粒子的存在；2012年7月4日報導中，實驗中觀測到了希格斯粒子。

後標準模型

大統一理論

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玻色子直接與夸克和輕子相互作用，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。

引力子

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。