Austauschbosonen

Austauschbosonen sind in der Quantenfeldtheorie die Trägerquanten der fundamentalen Wechselwirkungen zwischen Teilchen. Sie vermitteln Kräfte, indem sie als Vermittler in Feldern auftreten und zwischen Teilchen ausgetauscht werden. In der Regel wirken sie als virtuelle Teilchen in Feynman-Diagrammen; reale, messbare Bosonen entstehen nur unter bestimmten Bedingungen.

Zu den bekanntesten Austauschbosonen gehören Photon, Gluon, W- und Z-Boson. Der Photonen-Träger vermittelt die elektromagnetische Wechselwirkung und ist masselos. Gluonen übertragen die starke Kernkraft zwischen Quarks und tragen selbst Farbladung, wodurch die Interaktion nicht absehbar im ersten Abstand verläuft. Die W±- und Z0-Bosonen vermitteln die schwache Wechselwirkung; die W-Bosonen sind elektrisch geladen und schwer, während der Z0 neutral ist. Ein hypothetischer Austauschbote der Gravitation ist der Graviton; dessen Existenz ist bisher nicht experimentell bestätigt.

Wirkungsbereich und Eigenschaften hängen eng mit der Masse der Trägerbosonen zusammen. Masselose Bosonen wie Photonen und Gluonen vermitteln langreichweitige oder konfinierte, aber in der Theorie unendliche Reichweite; massereiche Bosonen ermöglichen nur sehr kurze Reichweiten, wie die der schwachen Wechselwirkung. Die Trägerbosonen gehören zu den Gauge-Bosonen des jeweiligen Felddreiecks der fundamentalen Kräfte (U(1) für Elektromagnetismus, SU(3) für starke Wechselwirkung, SU(2)×U(1) für schwache Wechselwirkung).

Im Standardmodell der Teilchenphysik sind Austauschbosonen zentrale Vermittler der Kräfte; der Higgs-Boson hat eine andere Rolle als Massengeber, gilt aber nicht als Austauschboson der Kräfte. Gravitationsbosonen bleiben theoretisch, nicht etabliert.