A través del portador de fuerza conocido como calibre bosón , una partícula bosónica que transporta las interacciones fundamentales de la naturaleza (fuerzas).
El fotón es uno de los cuatro tipos de bosones de calibre. Los bosones de calibre interactúan entre sí.
Wikipedia da una breve descripción de las interacciones fundamentales de estas fuerzas: Electromagnetismo – Wikipedia
- ¿La representación N-dimensional de SU (2) también corresponde a la rotación?
- Tiempo de parada para un objeto que viaja a la velocidad de la luz. ¿Significa que el fotón no tarda en viajar a ninguna parte del universo?
- ¿Los neutrinos interactúan con las fuerzas nucleares?
- ¿Cómo se detectan las partículas subatómicas?
- ¿Las partículas "aparecen y desaparecen"? ¿Cómo sucede? ¿Cuál es la evidencia experimental?
La fuerza electromagnética es la responsable de prácticamente todos los fenómenos que uno encuentra en la vida diaria por encima de la escala nuclear, con la excepción de la gravedad. En términos generales, todas las fuerzas involucradas en las interacciones entre los átomos pueden explicarse por la fuerza electromagnética que actúa entre los núcleos atómicos cargados eléctricamente y los electrones de los átomos.
Las fuerzas electromagnéticas también explican cómo estas partículas llevan el impulso por su movimiento. Esto incluye las fuerzas que experimentamos al “empujar” o “jalar” objetos materiales ordinarios, que resultan de las fuerzas intermoleculares que actúan entre las moléculas individuales en nuestros cuerpos y las de los objetos. La fuerza electromagnética también está involucrada en todas las formas de fenómenos químicos.
Una parte necesaria para comprender las fuerzas intraatómicas e intermoleculares es la fuerza efectiva generada por el impulso del movimiento de los electrones, de tal manera que a medida que los electrones se mueven entre los átomos que interactúan, llevan el impulso con ellos. A medida que una colección de electrones se vuelve más confinada, su momento mínimo necesariamente aumenta debido al principio de exclusión de Pauli. El comportamiento de la materia a escala molecular, incluida su densidad, está determinado por el equilibrio entre la fuerza electromagnética y la fuerza generada por el intercambio de momento transportado por los propios electrones. (Énfasis agregado por Dakota Lim.)
Wikipedia da un breve bosquejo del bosón de calibre:
Boson Gauge – Wikipedia
Calibrar bosones en el modelo estándar
El modelo estándar de física de partículas reconoce cuatro tipos de bosones de calibre:
# 1 fotones, que llevan la interacción electromagnética;
# 2 y # 3 bosones W y Z, que llevan la interacción débil;
# 4 gluones, que llevan la interacción fuerte.
Multiplicidad de bosones de calibre
En una teoría cuantificada del medidor, los bosones del medidor son cuantos de los campos del medidor. En consecuencia, hay tantos bosones de calibre como generadores del campo de calibre.
En electrodinámica cuántica, el grupo de indicadores es U (1); en este caso simple, solo hay un bosón de calibre.
En cromodinámica cuántica, el grupo más complicado SU (3) tiene ocho generadores, correspondientes a los ocho gluones.
Los tres bosones W y Z corresponden (aproximadamente) a los tres generadores de SU (2) en la teoría GWS.
Bosones de calibre masivo
Por razones técnicas que implican la invariancia del medidor, los bosones del medidor se describen matemáticamente mediante ecuaciones de campo para partículas sin masa. Por lo tanto, a un nivel teórico ingenuo, todos los bosones de calibre deben estar sin masa, y las fuerzas que describen deben ser de largo alcance. El conflicto entre esta idea y la evidencia experimental de que las interacciones débiles y fuertes tienen un rango 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 calibre (de simetría SU (2) × U (1)) de la interacción unificada de electrodébil 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 impregnado por un valor de expectativa de vacío (VEV) de Higgs distinto de cero. Este VEV se acopla a tres de los bosones de galga electrodébil (Ws y Z), dándoles masa; el bosón de calibre 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.
Más allá del modelo estándar
Grandes teorías de unificación
El modelo Georgi-Glashow predice bosones de calibre adicionales llamados bosones X e Y.
Los hipotéticos bosones X e Y dirigen las interacciones entre los quarks y los leptones, lo que viola la conservación del número de bariones y provoca la descomposición de los protones. Tales bosones serían aún más masivos que los bosones W y Z debido a la ruptura de la simetría. El análisis de los datos recopilados de fuentes tales como el detector de neutrinos Super-Kamiokande no ha arrojado evidencia de 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 esto sería un bosón de calibre o no. El papel de la invariancia de calibre en la relatividad general es jugado por un similar
[ aclaración necesaria ]
simetría: invariancia diffeomorfismo.
Bosones W ‘y Z’
Artículo principal: bosones W ‘y Z’
Los bosones W ‘y Z’ se refieren a hipotéticos bosones de calibre nuevo (nombrados en analogía con los bosones modelo estándar W y Z).
Aquí hay una breve sinopsis de la Electrodinámica Cuántica (QED) de la Enciclopedia Británica.
electrodinámica cuántica (QED) | física
QED se basa en la idea de que las partículas cargadas (p. Ej., Electrones y positrones) interactúan emitiendo y absorbiendo fotones , las partículas que transmiten fuerzas electromagnéticas. (Énfasis agregado por Dakota Lim.)
Estos fotones son “virtuales”; es decir, no se pueden ver ni detectar de ninguna manera porque su existencia viola la conservación de la energía y el impulso. El intercambio de fotones es simplemente la “fuerza” de la interacción, porque las partículas que interactúan cambian su velocidad y dirección de viaje a medida que liberan o absorben la energía de un fotón. Los fotones también pueden emitirse en estado libre, en cuyo caso pueden observarse como luz u otras formas de radiación electromagnética.
La interacción de dos partículas cargadas ocurre en una serie de procesos de complejidad creciente. En el más simple, solo está involucrado un fotón virtual; en un proceso de segundo orden, hay dos; Etcétera. Los procesos corresponden a todas las formas posibles en que las partículas pueden interactuar mediante el intercambio de fotones virtuales, y cada uno de ellos puede representarse gráficamente por medio de los llamados diagramas de Feynman. Además de proporcionar una imagen intuitiva del proceso que se está considerando, este tipo de diagrama prescribe con precisión cómo calcular la variable involucrada. (Énfasis agregado por Dakota Lim.) Cada proceso subatómico se vuelve computacionalmente más difícil que el anterior, y hay un número infinito de procesos. La teoría QED, sin embargo, establece que cuanto más complejo es el proceso, es decir, cuanto mayor es el número de fotones virtuales intercambiados en el proceso, menor es la probabilidad de que ocurra. Para cada nivel de complejidad, la contribución del proceso disminuye en una cantidad dada por α 2, donde α es una cantidad adimensional llamada constante de estructura fina, con un valor numérico igual a (1/137). Por lo tanto, después de unos pocos niveles, la contribución es insignificante. De una manera más fundamental, el factor α sirve como una medida de la fuerza de la interacción electromagnética. Es igual a e 2/4 πε o [planck] c , donde e es la carga de electrones, [planck] es la constante de Planck dividida por 2 π, c es la velocidad de la luz y ε o es la permitividad del espacio libre.
La QED a menudo se denomina teoría de perturbación debido a la pequeñez de la constante de estructura fina y al tamaño decreciente resultante de las contribuciones de orden superior. Esta relativa simplicidad y el éxito de QED lo han convertido en un modelo para otras teorías de campo cuántico. Finalmente, la imagen de las interacciones electromagnéticas como el intercambio de partículas virtuales se ha trasladado a las teorías de las otras interacciones fundamentales de la materia, la fuerza fuerte, la fuerza débil y la fuerza gravitacional. Ver también la teoría del calibre.
Nota: Un hecho importante para recordar: los eventos cuánticos tienen amplitudes.
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