Eichbosonen sind elementare Bausteine unseres Universums und Teil des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Die Eichbosonen übertragen die verschiedenen Kräfte, übermitteln also die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen (Materie-)Teilchen. Deshalb werden sie oft auch als Austauschteilchen, Trägerteilchen, Kraftteilchen oder Wechselwirkungsteilchen bezeichnet.
Fordert man von einer Feldtheorie, dass ihre Wirkung unabhängig von einer lokalen Eichung sein soll, so muss gegebenenfalls ein zusätzliches Eichfeld eingeführt werden, so dass die Lagrangedichte der Theorie diese Bedingung erfüllt. Bei der Quantisierung der Feldtheorie, d.h. beim Übergang zu einer Quantenfeldtheorie, entsprechen die Eichbosonen den Feldquanten des Eichfelds.[1][2] Ihnen ist gemein, dass sie ganzzahligen Spin besitzen, deshalb die Spezifizierung Bosonen. Alle Eichbosonen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik haben Spin 1, sind also so genannte Vektorteilchen.
Bekanntestes Beispiel eines Eichbosons ist das Photon, das die elektromagnetische Wechselwirkung überträgt. Die anderen Eichbosonen des Standardmodells sind die 8 Gluonen der starken Wechselwirkung und die W+- und Z-Bosonen der schwachen Kernkraft. Dazu kommt das Graviton als Eichboson der (Quanten-)Gravitation.
| Eichboson(en) | Anzahl | Wechselwirkung | Materieteilchen | Eichgruppe |
|---|---|---|---|---|
| Gluonen | 8 | starke Wechselwirkung | Quarks | SU(3) |
| W+-, W-- und Z0-Boson | 3 | schwache Wechselwirkung | Quarks, Leptonen | SU(2) |
| Photon | 1 | elektromagnetische Wechselwirkung | Quarks, Leptonen (ohne Neutrinos) | U(1) |
| Graviton | 1 | Gravitation | Quarks, Leptonen, hypothetisch: Dunkle Materie | ? |
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 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 Darstellungen der zugrundeliegenden Symmetriegruppe. Für die SU(N)-Gruppen des Standardmodells ist diese Darstellung 
-dimensonal. Deshalb gibt es 8 Gluonen und 4 (=3+1) Eichbosonen der elektroschwachen Theorie.[1]
Die Eichinvarianzbedingung 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, in dem 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-Teilchen ist das noch einzige experimentell nicht bestätigte Teilchen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Der experimentelle Nachweis ist eine Hauptaufgabe des Large Hadron Colliders (LHC).
Viele Theorien, die über das Standardmodell der Elementarteilchenphysik hinaus gehen, 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 hypothetisches Teilchen, da noch keine Quantengravitationstheorie durch Experimente bestätigt wurde.
In Großen Vereinheitlichten Theorien (GUTs) werden zusätzliche Eichbosonen als X und Y vorhergesagt. Diese würden Wechselwirkungen zwischen Quarks und Leptonen 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.
Die Gravitationswechselwirkung ist im Gegensatz zu den anderen kein Gegenstand des Standardmodells, 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′ (gelesen: W-prime und Z-prime) sind hypothetische Eichbosonen, die an die Fermionen des Standardmodells vermöge ihres Isospins koppeln. Ihr Spin ist 1. Bei n Kopien von SU(2) erzeugt eine davon die gewöhnlichen W- und Z-Bosonen, die anderen n-1 die W′- und Z′-Bosonen. Diese sind also schwerere Partner der W- und Z-Bosonen.[3]
Die hypothetischen supersymmetrischen Partner der Eichfelder sind die folgenden Gaugino-Felder:
Eichbosonen werden in den meisten einführenden Büchern über moderne Elementarteilchenphysik behandelt. Beispielhaft seien hier genannt
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