Bosone di gauge

In fisica delle particelle, i bosoni di gauge sono particelle elementari che hanno il compito di trasportare le forze fondamentali della Natura.

In particolare, le particelle elementari, le cui interazioni sono descritte dalla teoria di gauge, esercitano forze su ogni altra particella mediante lo scambio di bosoni di gauge.

Le tre tipologie di bosone di gauge

Nel modello standard ci sono tre tipi di bosoni di gauge: i fotoni, i gluoni e i cosiddetti "bosoni deboli", cioè i bosoni W e Z (anche detti più precisamente "bosoni vettori intermedi W e Z"). Questi tre tipi di bosoni sono tutti bosoni vettori, noti anche come bosoni vettori intermedi, e sono i responsabili delle tre forze principali, rispettivamente in ordine: Forza elettromagnetica, Forza nucleare forte, Forza nucleare debole. I fotoni sono i bosoni di gauge delle interazioni elettromagnetiche (forza elettromagnetica), i gluoni sono i bosoni delle interazioni forti (forza forte), e i bosoni W e Z sono i bosoni delle interazioni deboli (forza debole).

La Teoria

In una teoria di gauge quantizzata, i bosoni di gauge sono quanti dei campi di gauge. Di conseguenza ci sono tanti bosoni di gauge quanti sono i generatori del gruppo di gauge.

Per esempio, gli 8 generatori di SU(3) corrispondono ad 8 differenti varietà di gluoni nella cromodinamica quantistica (QCD). I bosoni di gauge sono matematicamente descritti, per motivi tecnici quali invarianza di gauge, da equazioni di campo per particelle prive di massa. Ad un livello teorico semplice, comunque, tutti i bosoni di gauge devono essere privi di massa e le forze che essi descrivono devono essere a lungo raggio. La contraddizione tra questa teoria e l'evidenza sperimentale riguardante il corto raggio delle interazioni deboli richiedono ulteriori approfondimenti teorici ed al momento attuale una giustificazione di tutto ciò arriva dal meccanismo di Higgs. Questo processo conduce a bosoni di gauge massivi a partire da particelle inizialmente senza massa.

Nel Modello Standard vi sono tre tipi di bosoni di gauge. Essi corrispondono alla forza elettromagnetica, all'interazione forte e all'interazione debole. I fotoni sono bosoni di gauge dell'interazione elettromagnetica, le interazioni deboli sono mediate dai bosoni deboli W e Z detti anche bosoni vettori e i trasportatori dell'interazione forte sono detti gluoni. A causa del confinamento, non possono esistere gluoni isolati, per lo meno alle basse energie e ciò che invece abbiamo sono glueballs (letteralmente palle di colla) massive.

I fotoni e i gluoni sono bosoni di gauge senza massa, mentre i Bosoni W e Z della teoria elettrodebole hanno massa.

Il gravitone

Vi è un quarto tipo di bosone di gauge, il gravitone, ipotizzato come il trasportatore della forza di gravità. La sua esistenza è prevista in diversi modelli della gravitazione quantistica, ma ancora non ne esiste una evidenza sperimentale.

Bosoni X e Y

Per approfondire, vedi la voce Bosoni X e Y.

Nella teoria della grande unificazione, i bosoni X e Y sono le particelle elementari ipotetiche, analoghe ai bosoni W e Z, responsabili di un nuovo tipo di forza prevista dalla teoria stessa. Quando un bosone collassa una quantità di energia multipla sotto forma di raggi gamma fuoriesce dal nucleo.

Voci correlate

• Bosone
• Bosone di Higgs
• Fotone
• Gaugino
• Gluone
• Bosoni W e Z
• Gravitone
• Bosone vettore
• Bosoni X e Y
• Numero B-L

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