Bozony cechowania

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Bozony cechowania – nośniki oddziaływań podstawowych. Innymi słowy, są to cząstki elementarne, których oddziaływania są opisane przez teorię pola z cechowaniem, powodują powstanie sił poprzez wymianę bozonów cechowania.

Teorie pól kwantowych (ang. QFT – Quantum Field Theory) – współczesne teorie fizyczne tłumaczące oddziaływania podstawowe. Są one rozwinięciem mechaniki kwantowej zapewniającym jej zgodność ze szczególną teorią względności.Wszechświat – wszystko, co fizycznie istnieje: cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki i stałe fizyczne określające ich zachowanie. Słowo „wszechświat” może być też używane w innych kontekstach jako synonim słów „kosmos” (w rozumieniu filozofii), „świat” czy „natura”. W naukach ścisłych słowa „wszechświat” i „kosmos” są równoważne.

Bozony cechowania w modelu standardowym[ | edytuj kod]

W Modelu Standardowym istnieją trzy rodzaje bozonów cechowania: fotony, bozony W i Z, oraz gluony. Każdemu z nich odpowiada jedno z oddziaływań: fotony są bozonami oddziaływania elektromagnetycznego, bozony W i Z oddziaływania słabego, natomiast gluony przenoszą oddziaływanie silne. W związku z hipotezą uwięzienia kwarków, pojedyncze gluony nie występują przy niskich energiach. Mogą natomiast występować jako ciężkie kule gluonowe (ich istnienie nie zostało jednak potwierdzone eksperymentalnie).

Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Liczba bozonów cechowania[ | edytuj kod]

W kwantowej teorii pola z cechowaniem, bozony cechowania są kwantami pól z cechowaniem. Oznacza to, że istnieje tyle bozonów cechowania, ile generatorów pola. W prostym przypadku elektrodynamiki kwantowej, gdzie grupą cechowania jest U(1), istnieje tylko jeden bozon cechowania (foton). W chromodynamice kwantowej, bardziej skomplikowana grupa SU(3) posiada 8 generatorów, co znajduje odbicie w ośmiu gluonach. Istnienie trzech bozonów W i Z wynika z 3 generatorów grupy SU(2) w oddziaływaniu elektrosłabym.

Teorie wielkiej unifikacji (GUT z ang. Grand Unification Theory) – teorie łączące chromodynamikę kwantową i teorię oddziaływań elektrosłabych. Przedstawiają one oddziaływanie silne, słabe i elektromagnetyczne jako przejaw jednego, zunifikowanego oddziaływania. Żadna z dotychczasowych teorii wielkiej unifikacji nie została potwierdzona doświadczalnie.Rozpad beta – jeden ze sposobów rozpadu jądra atomowego. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β i rozpad β. W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.

Ciężkie bozony cechowania[ | edytuj kod]

Z przyczyn technicznych bozony cechowania są opisywane matematycznie przez równania pola dla cząstek nie posiadających masy. W najprostszym rozumieniu wszystkie bozony cechowania powinny być więc pozbawione masy, natomiast siły przez nie przenoszone powinny mieć duży zasięg. Sprzeczność pomiędzy tą teorią a dowodami eksperymentalnymi, ukazującymi bardzo krótki zasięg oddziaływania słabego, wymaga głębszego spojrzenia na problem.

Cechowanie – to matematyczna procedura, występująca w kwantowej teorii pola, nakładająca na fermionowe pola kwantowe wymagania dodatkowej symetrii, zwanej symetrią lokalną. Kwark – cząstka elementarna, fermion mający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki, istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz sześć rodzajów antykwarków.

W myśl Modelu Standardowego, bozony W i Z uzyskują masę przez Mechanizm Higgsa: cztery bozony (symetrii SU(2)xU(1)) oddziaływania elektrosłabego łączą się z polem Higgsa. Pole to ulega spontanicznemu załamaniu symetrii, w wyniku czego wszechświat wypełniony jest przez niezerową energię próżni. Ta wartość łączy się następnie z trzema spośród bozonów cechowania oddziaływania elektrosłabego (W i Z), nadając im masę. Pozostałe bozony pozostają bez masy (fotony). Teoria przewiduje również istnienie skalara, bozonu Higgsa, którego istnienie wstępnie potwierdzają wyniki badań ogłoszone 4 lipca 2012 w CERN.

Cząstka skalarna (pot. skalar) - cząstka, do opisu której w mechanice kwantowej wystarcza jedna liczbowa funkcja zespolona, zależna od punktu czasoprzestrzeni.Bozony X i Y – hipotetyczne cząstki elementarne, których istnienie jest postulowane przez teorię wielkiej unifikacji SU(5), ale nie zostało dotąd potwierdzone doświadczalnie.

Poza Modelem Standardowym[ | edytuj kod]

Teorie wielkiej unifikacji[ | edytuj kod]

W Teoriach Wielkiej Unifikacji istnieją dodatkowe bozony cechowania, nazywane bozonami X i bozonami Y. Tworzyłyby one bezpośrednie oddziaływanie pomiędzy kwarkami a leptonami, naruszając zasadę zachowania liczby barionowej i powodując rozpad protonu. Bozony te byłyby bardzo ciężkie (bardziej niż bozony W i Z), w związku z złamaniem symetrii. Żadne przesłanki ku istnieniu takich bozonów (np. podczas rozpadów protonów obserwowanych w Super-Kamiokande) nie zostały zaobserwowane.

Library of Congress Control Number (LCCN) – numer nadawany elementom skatalogowanym przez Bibliotekę Kongresu wykorzystywany przez amerykańskie biblioteki do wyszukiwania rekordów bibliograficznych w bazach danych i zamawiania kart katalogowych w Bibliotece Kongresu lub u innych komercyjnych dostawców. Bozony X i Y – hipotetyczne cząstki elementarne, których istnienie jest postulowane przez teorię wielkiej unifikacji SU(5), ale nie zostało dotąd potwierdzone doświadczalnie.

Grawitony[ | edytuj kod]

Czwarte oddziaływanie podstawowe, grawitacja, w teorii może również być przenoszone przez bozon, zwany grawitonem. Z powodu braku danych eksperymentalnych i matematycznie spójnej teorii kwantowej grawitacji nie wiadomo czy grawiton byłby bozonem cechowania.

Rozpad protonu – hipotetyczny nowy rodzaj rozpadu promieniotwórczego, w rezultacie którego swobodny proton rozpadałby się na lżejsze cząstki. W Modelu Standardowym fizyki cząstek elementarnych rozpad taki jest zabroniony, ponieważ łamie zasadę zachowania liczby barionowej. Możliwość takiego rozpadu przewidują niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego, np. teorie wielkiej unifikacji. Eksperymentalnie nie udało się dotychczas jednoznacznie zaobserwować żadnych przypadków tego procesu.Teoria oddziaływań elektrosłabych (Teoria Małej Unifikacji) – kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania słabe oraz elektromagnetyczne. Zawiera ona w sobie wcześniejszą teorię oddziaływań słabych i elektrodynamikę kwantową.

Linki zewnętrzne[ | edytuj kod]

  • Bozony pośredniczące, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-07-22].
  • Równanie pola w fizyce jest to równanie, które musi spełniać pole fizyczne aby opisywało sytuację fizycznie możliwą. Pola spełniające równania polowe nazywa się często polami fizycznymi a pola ich niespełniające – polami niefizycznymi.Cząstka – bardzo mała ilość (pyłek, okruch) lub stosunkowo niewielka część większej całości (Galaktyka jest cząstką kosmosu). W naukach przyrodniczych (fizyka, chemia) cząstka oznacza mały fragment materii (np. cząstka kurzu), który ma zwarty kształt, w odróżnieniu od nici czy włókna.




    Warto wiedzieć że... beta

    Leptony (z gr. leptós - lekki, drobny) − grupa 12 cząstek elementarnych (6 cząstek i 6 antycząstek). Zaliczają się do niej: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina. Ostatnim odkrytym leptonem było neutrino taonowe w 2000 roku.
    Bozon Z (zeton) – cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach słabych, wymieniana przez np. elektrony czy neutrina i inne cząstki oddziałujące poprzez oddziaływanie słabe podczas zderzeń. Jest obojętny elektrycznie, jako bozon podlega statystyce Bosego-Einsteina. Jego istnienie przewidziała teoria oddziaływań słabych. Bozon Z jest równocześnie swoją antycząstką. Okres półtrwania wynosi 3,20×10 sekundy.
    Super-Kamiokande albo Super-K – wodny detektor promieniowania Czerenkowa o masie 50 000 ton, znajdujący się w kopalni niedaleko miejscowości Kamioka w Japonii. Kontynuacja prowadzonego w latach 1983-1995 eksperymentu Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment) z mniejszym 3000-tonowym detektorem.
    Spontaniczne złamanie symetrii – zjawisko fizyczne zachodzące wówczas, gdy stan podstawowy układu fizycznego ma niższą symetrię (opisaną podgrupą G0 grupy G ) niż symetria układu fizycznego (opisana grupą G).
    Oddziaływania podstawowe (fundamentalne) – oddziaływania fizyczne obserwowane w przyrodzie, nie dające się sprowadzić do innych oddziaływań.
    Bozon W (wuon) – cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach słabych, wymieniana przez elektrony, neutrina i inne cząstki oddziałujące oddziaływaniem słabym podczas zderzeń. Cząstka ta występuje w dwóch podstawowych postaciach: cząstki W i jej antycząstki W. Obie mają ten sam spin (równy 1) oraz masę, różnią się tylko ładunkiem elektrycznym.
    Energia punktu zerowego (inaczej energia próżni) to w mechanice kwantowej najniższa możliwa energia jaką może przyjąć dowolny układ kwantowy. Z definicji wszystkie układy kwantowe posiadają energię punktu zerowego.

    Reklama