Bosón de calibre
En física de partículas , un bosón de calibre es una partícula elemental bosónica que actúa como portador de fuerza para los fermiones elementales . [1] [2] Las partículas elementales cuyas interacciones se describen mediante una teoría de calibre interactúan entre sí mediante el intercambio de bosones de calibre, generalmente como partículas virtuales .
Los fotones , los bosones W y Z y los gluones son bosones de calibración. Todos los bosones de calibración conocidos tienen un espín de 1; a modo de comparación, el bosón de Higgs tiene espín cero y el hipotético gravitón tiene un espín de 2. Por lo tanto, todos los bosones de calibración conocidos son bosones vectoriales .
Los bosones de calibre son diferentes de los otros tipos de bosones: primero, los bosones escalares fundamentales (el bosón de Higgs); segundo, los mesones , que son bosones compuestos , hechos de quarks ; tercero, bosones compuestos más grandes, que no transportan fuerza, como ciertos átomos .
Bosones de calibre en el Modelo Estándar
El modelo estándar de física de partículas reconoce cuatro tipos de bosones de calibre: los fotones , que llevan la interacción electromagnética ; los bosones W y Z , que llevan la interacción débil ; y los gluones , que llevan la interacción fuerte . [3]
Los gluones aislados no se producen porque están cargados de color y están sujetos al confinamiento de color .
Multiplicidad de bosones gauge
En una teoría de gauge cuantizada , los bosones de gauge son cuantos de los campos de gauge . En consecuencia, hay tantos bosones de gauge como generadores del campo de gauge. En electrodinámica cuántica , el grupo de gauge es U(1) ; en este caso simple, solo hay un bosón de gauge, el fotón. En cromodinámica cuántica , el grupo más complicado SU(3) tiene ocho generadores, que corresponden a los ocho gluones. Los tres bosones W y Z corresponden (aproximadamente) a los tres generadores de SU(2) en la teoría electrodébil .
Bosones de calibre masivos
La invariancia de gauge requiere que los bosones gauge se describan matemáticamente mediante ecuaciones de campo para partículas sin masa. De lo contrario, los términos de masa agregan términos adicionales distintos de cero al lagrangiano bajo transformaciones de gauge, violando la simetría de gauge. Por lo tanto, a un nivel teórico ingenuo, se requiere que todos los bosones gauge no tengan masa y que las fuerzas que describen sean de largo alcance. El conflicto entre esta idea y la evidencia experimental de que las interacciones débiles y fuertes tienen un alcance muy corto requiere una mayor comprensión teórica.
Según el Modelo Estándar, los bosones W y Z ganan masa a través del mecanismo de Higgs . En el mecanismo de Higgs, los cuatro bosones de gauge (de simetría SU(2)×U(1)) de la interacción electrodébil unificada se acoplan a un campo de Higgs . Este campo sufre una ruptura espontánea de simetría debido a la forma de su potencial de interacción. Como resultado, el universo está permeado por un valor de expectativa de vacío (VEV) de Higgs distinto de cero. Este VEV se acopla a tres de los bosones de gauge electrodébiles (W + , W − y Z), lo que les otorga masa; el bosón de gauge restante permanece sin masa (el fotón). Esta teoría también predice la existencia de un bosón de Higgs escalar , que se ha observado en experimentos en el LHC . [4]
Más allá del modelo estándar
Teorías de la gran unificación
El modelo de Georgi-Glashow predice bosones de calibración adicionales llamados bosones X e Y. Los hipotéticos bosones X e Y median las interacciones entre quarks y leptones , violando así la conservación del número bariónico y causando la desintegración de protones . Dichos bosones serían incluso más masivos que los bosones W y Z debido a la ruptura de la simetría . El análisis de los datos recopilados de fuentes como el detector de neutrinos Super-Kamiokande no ha arrojado evidencia de los bosones X e Y. [ cita requerida ]
Gravitones
La cuarta interacción fundamental, la gravedad , también puede ser transportada por un bosón, llamado gravitón . En ausencia de evidencia experimental y una teoría matemáticamente coherente de la gravedad cuántica , se desconoce si este sería un bosón de norma o no. El papel de la invariancia de norma en la relatividad general lo desempeña una simetría similar [ aclaración necesaria ] : la invariancia del difeomorfismo .
Bosones W′ y Z′
Los bosones W′ y Z′ se refieren a nuevos bosones de calibre hipotéticos (nombrados en analogía con los bosones W y Z del Modelo Estándar ).
Véase también
- Documentos de ruptura de simetría PRL de 1964
- Bosón
- Bola de pegamento
- Cromodinámica cuántica
- Electrodinámica cuántica
Referencias
- ^ Gribbin, John ; Gribbin, Mary; Gribbin, Jonathan (2000). Q es para cuántico: una enciclopedia de física de partículas . Nueva York, NY: Free Press . ISBN 978-0-684-85578-3.
- ^ Clark, John Owen Edward, ed. (2004). El diccionario esencial de la ciencia . Nueva York: Barnes & Noble Books . ISBN 978-0-7607-4616-5.
- ^ Veltman, Martinus (2003). Hechos y misterios en la física de partículas elementales . River Edge, NJ: World Scientific . ISBN 978-981-238-148-4.
- ^ "El CERN y el bosón de Higgs". CERN . Octubre de 2013. Archivado desde el original el 23 de noviembre de 2016 . Consultado el 23 de noviembre de 2016 .
Enlaces externos
- Explicación del bosón de gauge y los campos de gauge por Christopher T. Hill
