بوزونهای پیمانهای و برهمکنشهای بنیادی
بوزونهای پیمانهای ذراتی با اسپین ۱ هستند که برهمکنشهای بنیادی مدل استاندارد را واسطهگری میکنند، به طوری که هر نیرو از یک تقارن پیمانهای موضعی ناشی میشود.
Definition
بوزونهای پیمانهای ذرات حامل نیرو با اسپین ۱ در مدل استاندارد هستند؛ فوتون نیروی الکترومغناطیسی را واسطهگری میکند، بوزونهای W و Z نیروی ضعیف را واسطهگری میکنند، و هشت گلوئون نیروی قوی را واسطهگری میکنند، که هر یک به عنوان کوانتوم یک میدان پیمانهای مرتبط با یک تقارن موضعی ظاهر میشوند.
Scope
این موضوع شامل فوتون الکترومغناطیس، بوزونهای W و Z برهمکنش ضعیف، و گلوئونهای برهمکنش قوی، همراه با اصل تقارن پیمانهای که وجود و جفتشدگیهای آنها را تعیین میکند، میشود. این موضوع به بررسی بردها و قدرتهای نسبی سه نیرو، تمایز بین میدانهای پیمانهای آبلی و غیرآبلی، و چگونگی تفاوت بیجرم بودن فوتون و گلوئون با بوزونهای سنگین و کوتاهبرد W و Z میپردازد.
Core questions
- چگونه یک تقارن پیمانهای موضعی وجود یک بوزون حامل نیرو را ایجاب میکند؟
- چرا فوتون و گلوئون بیجرم هستند در حالی که بوزونهای W و Z سنگین هستند؟
- چه چیزی الکترومغناطیس آبلی را از نیروهای ضعیف و قوی غیرآبلی متمایز میکند؟
- بردها و قدرتهای برهمکنشهای بنیادی چگونه با یکدیگر تفاوت دارند؟
Key concepts
- فوتون و برهمکنش الکترومغناطیسی
- بوزونهای W و Z و برهمکنش ضعیف
- گلوئونها و برهمکنش قوی
- ناوردایی پیمانهای موضعی
- میدانهای پیمانهای آبلی در مقابل غیرآبلی
- برد نیرو و قدرت جفتشدگی
Key theories
- نظریه پیمانهای یانگ-میلز
- نظریههای پیمانهای غیرآبلی الکترومغناطیس را به گروههای تقارنی تعمیم میدهند که مولدهای آنها جابجا نمیشوند، و بوزونهای پیمانهای خودبرهمکنشگر تولید میکنند و زیربنای هر دو برهمکنش ضعیف و قوی هستند.
- واسطهگری نیروها توسط بوزونهای مجازی
- هر برهمکنش بنیادی به عنوان تبادل بوزونهای پیمانهای مجازی بین فرمیونها توصیف میشود، به طوری که جرم بوزون برد مؤثر نیرو را تعیین میکند و جفتشدگی قدرت آن را تعیین میکند.
Clinical relevance
بوزونهای پیمانهای هر یک به صورت تجربی تأیید شدند، به طوری که W و Z در سال ۱۹۸۳ در سرن کشف شدند و گلوئونها از رویدادهای سه-جت استنباط شدند، و جرمها و جفتشدگیهای اندازهگیری شده آنها آزمایشهای دقیق و سختگیرانهای را برای بخشهای الکتروضعیف و قوی مدل استاندارد فراهم میکنند.
History
اصل پیمانهای توسط یانگ و میلز در سال ۱۹۵۴ به تقارنهای غیرآبلی تعمیم داده شد و چارچوب ریاضی را فراهم کرد که بعدها برای نیروهای ضعیف و قوی استفاده شد. بوزونهای پرجرم W و Z که توسط نظریه الکتروضعیف پیشبینی شده بودند، در سال ۱۹۸۳ در برخورددهنده پروتون-آنتیپروتون سرن کشف شدند، و گلوئون از طریق مطالعات جت در برخورددهندههای الکترون-پوزیترون اثبات شد، که ساختار بوزون پیمانهای مدل استاندارد را تأیید کرد.
Key figures
- Chen-Ning Yang
- Robert Mills
- Sheldon Glashow
- Carlo Rubbia
Related topics
Seminal works
- yangmills1954
- halzenmartin1984
Frequently asked questions
- چرا نیروی ضعیف چنین برد کوتاهی دارد؟
- نیروی ضعیف توسط بوزونهای بسیار سنگین W و Z واسطهگری میشود. جرم زیاد بوزون، میزان انتشار یک بوزون مجازی را محدود میکند و برهمکنش ضعیف را به فواصل زیرهستهای محدود میسازد.
- آیا گرانش توسط یک بوزون پیمانهای در مدل استاندارد حمل میشود؟
- خیر. مدل استاندارد فقط شامل فوتون، بوزونهای W و Z، و گلوئونها است. یک گراویتون فرضی گرانش را واسطهگری میکند، اما بخشی از مدل استاندارد نیست و مشاهده نشده است.