بوزون القياس

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
النموذج القياسي للجسيمات الأولية، مع وجود بوزونات القياس في العمود الرابع باللون الأحمر

في فيزياء الجسيمات ، يُعد البوزون القياسي جسيمًا أوليًا بوزونيًا يعمل كناقل للقوة للفيرميونات الأولية . [ 1 ] [ 2 ] تتفاعل الجسيمات الأولية التي تُوصف تفاعلاتها بنظرية قياسية مع بعضها البعض عن طريق تبادل البوزونات القياسية، وعادةً ما تكون هذه البوزونات جسيمات افتراضية .

الفوتونات ، وبوزونات W وZ ، والغلوونات هي بوزونات قياسية. جميع البوزونات القياسية المعروفة لها عزم مغزلي يساوي 1، وبالتالي فهي بوزونات متجهة . للمقارنة، بوزون هيغز له عزم مغزلي يساوي صفرًا، والجرافيتون الافتراضي له عزم مغزلي يساوي 2.

تختلف بوزونات القياس عن الأنواع الأخرى من البوزونات: أولاً، البوزونات العددية الأساسية (بوزون هيغز)؛ ثانياً، الميزونات ، وهي بوزونات مركبة ، تتكون من الكواركات ؛ ثالثاً، بوزونات مركبة أكبر حجماً، لا تحمل قوى، مثل بعض الذرات .

بوزونات القياس في النموذج القياسي

يُقر النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بأربعة أنواع من بوزونات القياس: الفوتونات ، التي تحمل التفاعل الكهرومغناطيسي ؛ وبوزونات W و Z، التي تحمل التفاعل الضعيف ؛ والغلوونات ، التي تحمل التفاعل القوي . [ 3 ]

لا تحدث الغلوونات المعزولة لأنها مشحونة بالألوان وتخضع لحصر اللون .

تعددية بوزونات القياس

في نظرية القياس الكمومية ، تُعدّ بوزونات القياس كمياتٍ من حقول القياس . وبالتالي، يوجد عددٌ من بوزونات القياس مساوٍ لعدد مولدات حقل القياس. في الديناميكا الكهربائية الكمومية ، تكون مجموعة القياس U(1) ؛ في هذه الحالة البسيطة، يوجد بوزون قياس واحد فقط، وهو الفوتون. في الديناميكا اللونية الكمومية ، تحتوي المجموعة الأكثر تعقيدًا SU(3) على ثمانية مولدات، تُقابل ثمانية غلوونات. تُقابل بوزونات W وZ الثلاثة (تقريبًا) مولدات SU(2) الثلاثة في نظرية التفاعل الكهروضعيف .

بوزونات قياس ضخمة

يتطلب ثبات القياس أن تُوصف بوزونات القياس رياضيًا بمعادلات المجال للجسيمات عديمة الكتلة. وإلا، فإن حدود الكتلة تُضيف حدودًا إضافية غير صفرية إلى لاغرانجيان تحت تحويلات القياس، مما يُخلّ بتناظر القياس. لذلك، على المستوى النظري البسيط، يُفترض أن تكون جميع بوزونات القياس عديمة الكتلة، وأن تكون القوى التي تصفها طويلة المدى. ويتطلب التناقض بين هذه الفكرة والأدلة التجريبية التي تُشير إلى أن التفاعلات الضعيفة والقوية لها مدى قصير جدًا مزيدًا من البحث النظري.

وفقًا للنموذج القياسي، تكتسب بوزونات W وZ كتلةً عبر آلية هيغز . في هذه الآلية، تقترن بوزونات القياس الأربعة (ذات التناظر SU(2)×U(1)) للتفاعل الكهروضعيف الموحد بحقل هيغز . يخضع هذا الحقل لكسر تناظر تلقائي نتيجةً لشكل جهد التفاعل الخاص به. ونتيجةً لذلك، يمتلئ الكون بقيمة متوقعة غير صفرية لفراغ هيغز . تقترن هذه القيمة المتوقعة بثلاثة من بوزونات القياس الكهروضعيفة (W⁺ ، W⁻ ، وZ)، مانحةً إياها كتلة؛ بينما يبقى بوزون القياس المتبقي عديم الكتلة (الفوتون). تتنبأ هذه النظرية أيضًا بوجود بوزون هيغز قياسي ، والذي رُصد في تجارب مصادم الهادرونات الكبير (LHC ). [ 4 ]

ما وراء النموذج القياسي

نظريات التوحيد الكبرى

يتنبأ نموذج جورجي-غلاشو بوجود بوزونات قياس إضافية تُسمى بوزونات X وY. تتوسط بوزونات X وY الافتراضية التفاعلات بين الكواركات واللبتونات ، مما يُخلّ بقانون حفظ عدد الباريونات ويؤدي إلى اضمحلال البروتون . ستكون هذه البوزونات أضخم كتلةً من بوزونات W وZ بسبب كسر التناظر . لم يُظهر تحليل البيانات المُجمّعة من مصادر مثل كاشف النيوترينو سوبر-كاميوكاندي أي دليل على وجود بوزونات X وY. [ 5 ]

الجرافيتونات

قد يحمل التفاعل الأساسي الرابع، وهو الجاذبية ، بوزونًا يُسمى الجرافيتون. في غياب الأدلة التجريبية ونظرية متماسكة رياضيًا للجاذبية الكمومية ، يبقى من غير المعروف ما إذا كان هذا البوزون بوزون قياس أم لا. ويؤدي تناظر مشابه، وهو تناظر التشاكل ، دور ثبات القياس في النسبية العامة .

بوزونات W′ و Z′

تشير بوزونات W′ و Z′ إلى بوزونات قياس جديدة افتراضية (سميت قياسًا على بوزونات W و Z في النموذج القياسي).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غريبين، جون ؛ غريبين، ماري؛ غريبين، جوناثان (2000). Q تعني الكم: موسوعة فيزياء الجسيمات . نيويورك، نيويورك: فري برس . ISBN 978-0-684-85578-3.
  2. ↑ كلارك، جون أوين إدوارد، محرر. (2004). القاموس الأساسي للعلوم . نيويورك: كتب بارنز أند نوبل . ISBN 978-0-7607-4616-5.
  3. ↑ فيلتمان، مارتينوس جي جي (2003). حقائق وألغاز في فيزياء الجسيمات الأولية . ريفر إيدج، نيو جيرسي: وورلد ساينتيفيك . ISBN 978-981-238-148-4.
  4. ↑ "سيرن وبوزون هيغز" . سيرن . أكتوبر 2013. مؤرشف من الأصل في 23 نوفمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 23 نوفمبر 2016 .
  5. ↑ ماتسوموتو، ر. (أكتوبر 2022). "البحث عن اضمحلال البروتون عبر $p \rightarrow \mu^+ K^0$ في تعريض سوبر-كاميوكاندي لمدة 0.37 ميغا طن-سنة" . مجلة Physical Review D. 106 ( 7) 072003. تعاون سوبر-كاميوكاندي. الجمعية الفيزيائية الأمريكية. doi : 10.1103/PhysRevD.106.072003 . hdl : 11577/3482321 .