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2025-09-23T23:13:08Z

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'''Eichbosonen''' sind in der [[Elementarteilchenphysik]] die Teilchen, die die [[Grundkräfte der Physik|Grundkräfte]] vermitteln. Es sind [[Boson]]en, die von einem Teilchen ausgesandt und von einem anderen empfangen werden. Deshalb werden sie auch als '''Austauschbosonen''', [[Austauschteilchen|Austauschteilchen, Botenteilchen, Trägerteilchen, Kraftteilchen oder Wechselwirkungsteilchen]] bezeichnet.

Die Bezeichnung ''Eich''bosonen ergibt sich daraus, dass diese Teilchen in der [[Quantenfeldtheorie]] zu dem Zweck eingeführt werden, dass sie die Bedingung der [[Eichtheorie|lokalen Eichinvarianz]] erfüllt. Die Forderung besagt, dass in dieser Feldtheorie die [[Wirkung (Physik)|physikalische Wirkung]] unabhängig von einer [[Eichtransformation]] sein soll. Dazu muss in die [[Lagrangedichte]] der Theorie im Allgemeinen ein zusätzliches Eichfeld eingeführt werden. Nach dem Übergang zu einer Quantenfeldtheorie gehören zum Eichfeld [[Feldquant]]en mit ganzzahligem [[Spin]], also vom Typ Boson. Diese werden als Eichbosonen bezeichnet.<ref name="PeskinSchroeder">{{Cite book |author=Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder |title=An Introduction to Quantum Fields |year=1995 |publisher= Westview Press |isbn=0-201-50397-2 |language=en}}</ref><ref name="griffiths">{{cite book |author=David J. Griffiths |title=Introduction to Elementary Particles |publisher=Wiley, John & Sons, Inc |year=1987 |isbn=0-471-60386-4 |language=en}}</ref>

== Standardmodell ==
[[Datei:Standard Model of Elementary Particles-de.svg|miniatur|272px|Die Elementarteilchen im Standardmodell
{| class="noborder"
|-
| {{Farbindex|CC99FF|Quarks}} || {{Farbindex|FF6C6C|Eichbosonen}}
|-
| {{Farbindex|99FF66|Leptonen}} || {{Farbindex|FFF66C|[[Skalar (Physik)|Skalar]]<nowiki/>bosonen}}
|}
]]
Im [[Standardmodell]] hat jedes der Eichbosonen den Spin 1 und ist damit ein [[Vektorboson|Vektorteilchen]]. Das [[Photon]] ist das bekannteste Eichboson. Es vermittelt die [[elektromagnetische Wechselwirkung]]. Die anderen Eichbosonen des Standardmodells sind die acht Gluonen der [[Starke Wechselwirkung|starken Wechselwirkung]] sowie die W±-Bosonen und Z-Bosonen der [[Schwache Wechselwirkung|schwachen Kernkraft]].

{| class="wikitable zebra"
|-
! Eichboson(en) !! Anzahl !! Wechselwirkung !! Materieteilchen !! Eichgruppe
|-
| [[Gluon]]en || style="text-align:center;" | 8 || [[Starke Wechselwirkung]] || [[Quark (Physik)|Quarks]] || SU(3)
|-
| [[W-Boson|W+-, W−-]] und [[Z-Boson|Z0-Boson]]|| style="text-align:center;" | 3 || [[Schwache Wechselwirkung]] || [[Quark (Physik)|Quarks]], [[Lepton]]en || SU(2)
|-
| [[Photon]] || style="text-align:center;" | 1 || [[Elektromagnetische Wechselwirkung]] || [[Quark (Physik)|Quarks]], [[Lepton]]en (ohne Neutrinos) || U(1)
|}

=== Multiplizität ===
In einer quantisierten Eichtheorie sind Eichbosonen Quanten der Eichfelder. Es gibt so viele Eichbosonen wie Generatoren der Eichgruppe. In der [[Quantenelektrodynamik]] ist die Eichgruppe [[U(1)]] eindimensional, also gibt es nur ein Eichboson. Die Eichgruppe der [[Quantenchromodynamik]], [[SU(3)]], hat acht Generatoren, entsprechend gibt es acht Gluonen. Der vereinheitlichten [[Elektroschwache Wechselwirkung|Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung]] (GSW) liegt die Gruppe SU(2) × U(1) zugrunde, dies führt letztlich zu den 4 Eichbosonen Photon, W+-, W−- und Z0-Boson.

Eichbosonen sind [[adjungierte Darstellung]]en der zugrundeliegenden Symmetriegruppe. Für die [[SU(N)]]-Gruppen des [[Standardmodell]]s ist diese Darstellung (N2−1)-dimensional. Deshalb gibt es 8 Gluonen und 4 (= 3+1) Eichbosonen der elektroschwachen Theorie.<ref name="PeskinSchroeder" />

=== Masse ===
Die [[Eichinvarianz]]bedingung fordert, dass alle Eichbosonen masselos sind, da ein Masseterm in der [[Lagrangefunktion]] nicht eichinvariant ist. Die W+−- und Z-Bosonen besitzen jedoch Masse. Dies ist ein Effekt des [[Higgs-Mechanismus]], durch den die SU(2)×U(1)-Symmetrie der elektroschwachen Wechselwirkung spontan gebrochen wird. Gemessen werden nicht die ursprünglichen SU(2)×U(1)-Eichbosonen, sondern Linearkombinationen hiervon. Das damit verbundene [[Higgs-Boson]] war das letzte experimentell bestätigte Teilchen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Es wurde 2012 am [[Large Hadron Collider]] (LHC) gefunden.<ref>{{cite web|url=https://press.web.cern.ch/press-releases/2012/07/cern-experiments-observe-particle-consistent-long-sought-higgs-boson |title=CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson |publisher=Pressemitteilung von CERN |date=2012-07-04|accessdate=2015-11-28 |language=en}}</ref><ref>{{Internetquelle|url=http://science.nbcnews.com/_news/2013/03/14/17311477-particle-confirmed-as-a-higgs-boson|titel=Particle confirmed as a Higgs boson|datum=2013-04-14|zugriff=2017-07-12}}</ref> [[François Englert]] und [[Peter Higgs]] wurde für die theoretische Entwicklung des Higgs-Mechanismus der [[Nobelpreis für Physik]] 2013 zuerkannt.

== Jenseits des Standardmodells ==
Viele Theorien, die über das [[Standardmodell|Standardmodell der Elementarteilchenphysik]] hinausgehen, führen neue Wechselwirkungen ein, und somit auch neue Eichbosonen. Bisher wurde jedoch noch keines dieser Teilchen in einem Experiment gemessen. Genaugenommen ist auch das [[Graviton]] so ein [[hypothetisch]]es Teilchen, da noch keine Quantengravitationstheorie durch Experimente bestätigt wurde.

=== Große Vereinheitlichte Theorie ===
In [[Große Vereinheitlichte Theorie|Großen Vereinheitlichten Theorien]] (GUTs) werden zusätzliche Eichbosonen als [[Leptoquark|X und Y]] vorhergesagt. Diese würden Wechselwirkungen zwischen [[Quark (Physik)|Quarks]] und [[Lepton]]en vermitteln, damit die Erhaltung der [[Baryonenzahl]] verletzen und könnten so einen [[Protonenzerfall]] verursachen. Diese Bosonen wären durch [[Symmetriebrechung]] äußerst massiv (sogar noch schwerer als die W- und Z-Bosonen), ihre Spins 0 oder 1.

=== Gravitation ===
Die Gravitationswechselwirkung ist im Gegensatz zu den anderen kein Gegenstand des [[Standardmodell]]s, ebenso das hypothetische Trägerteilchen, das [[Graviton]]. Dieses ist auch deshalb eine Ausnahme, weil es als Spin-2-Teilchen ein '''Tensorboson''' ist, was in Übereinstimmung mit der anziehenden Wirkung zwischen Massen (als „Gravitationsladungen“) steht.

=== W′- und Z′-Bosonen ===
W′ und Z′ (gelesen: W-prime und Z-prime) sind hypothetische Eichbosonen, die an die [[Fermion]]en des Standardmodells vermöge ihres [[Isospin]]s koppeln. Ihr Spin ist 1.

Durch die Erweiterung des Standardmodells um mindestens eine weitere U(1)-Eichgruppe kann ein Z′-Boson erzeugt werden, allerdings kein W′-Boson. Eine weitere mögliche Erweiterung ist, ''n'' SU(2)-Eichgruppen anzunehmen, wobei eine davon die gewöhnlichen W- und Z-Bosonen erzeugt, die anderen ''n−1'' die W′- und Z′-Bosonen.

=== Supersymmetrische Partner ===
Die hypothetischen [[Superpartner|supersymmetrischen Partner]] der Eichfelder sind die folgenden [[Gaugino]]-Felder:
* Acht [[Gluino]]s als Superpartner der Gluonen.
* Die elektroschwachen Gaugino-Felder mischen nach dem [[Minimales supersymmetrisches Standardmodell|minimalen supersymmetrischen Standardmodell]] (MSSM) mit den Higgsino-Feldern zu zwei Paar elektrisch geladenen [[Chargino]]s und vier elektrisch neutralen [[Neutralino]]s als hypothetisch beobachtbare Teilchen. Die Higgsinos sind die Superpartner der hypothetischen Higgsfelder, von denen es im MSSM mehrere gibt.
* Ein [[Gravitino]] als supersymmetrischer Partner des [[Graviton]]s nach der Theorie der [[Supergravitation]] (SUGRA) kein Bestandteil des MSSM, so wie das Graviton kein Teil des SM ist.

== Literatur ==
Eichbosonen werden in den meisten einführenden Büchern über moderne [[Elementarteilchenphysik]] behandelt. Beispielhaft seien hier genannt:
* {{cite book |author=David J. Griffiths |title=Introduction to Elementary Particles |publisher=Wiley, John & Sons, Inc |year=1987 |isbn=0-471-60386-4 |language=en}} Für Physikstudenten in den mittleren Semestern und interessierte Laien.
* {{Cite book |author=Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder |title=An Introduction to Quantum Fields |year=1995 |publisher=Westview Press |isbn=0-201-50397-2 |language=en}} (englisch). Für Physikstudenten mit einem Hang zu Theoretischer Physik (Kurs in Quantenfeldtheorie, erst im dritten Teil werden Eichtheorien behandelt).
* [[Klaus Bethge]], [[Ulrich Schröder (Physiker)|Ulrich E. Schröder]]: ''Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen – eine Übersicht.'' WILEY-VCH, Weinheim 2006, ISBN 3-527-40587-9.
* [[Harald Fritzsch]]: ''Elementarteilchen. Bausteine der Materie.'' Beck, München 2004, ISBN 3-406-50846-4.
* Henning Genz: ''Elementarteilchen.'' Fischer, Frankfurt a. M. 2003, ISBN 3-596-15354-9.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* [https://pdglive.lbl.gov/ Particle Data Group] ist die Standardreferenz zu aktuellen experimentellen Befunden in Bezug auf Elementarteilchen.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elementarteilchen]]
[[Kategorie:Quantenfeldtheorie]]
[[Kategorie:Boson]]

Eichboson - Versionsgeschichte

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