Definicja cząstki bozonu

W fizyce cząstek elementarnych: bozon jest rodzajem cząstki, która przestrzega zasad statystyki Bosego-Einsteina. Te bozony mają również spin kwantowy z zawiera wartość całkowitą, taką jak 0, 1, -1, -2, 2 itd. (Dla porównania istnieją inne rodzaje cząstek, zwane fermiony, które mają obrót o pół liczby całkowitej, taki jak 1/2, -1/2, -3/2 itd.)

Bozony są czasem nazywane cząsteczkami siły, ponieważ to bozony kontrolują oddziaływanie sił fizycznych, takich jak elektromagnetyzm, a być może nawet sama grawitacja.

Nazwa bozon pochodzi od nazwiska indyjskiego fizyka Satyendra Nath Bose, genialnego fizyka z na początku XX wieku, który współpracował z Albertem Einsteinem w celu opracowania metody analizy zwanej Bose-Einstein Statystyka. W celu pełnego zrozumienia prawa Plancka (równanie równowagi termodynamicznej, które wyszło z pracy Maxa Plancka nad promieniowanie ciała czarnego problem), Bose po raz pierwszy zaproponował tę metodę w artykule z 1924 r., próbując przeanalizować zachowanie fotonów. Wysłał artykuł do Einsteina, który był w stanie go opublikować... a następnie rozszerzył rozumowanie Bosego poza zwykłe fotony, ale również zastosował się do cząstek materii.

Jednym z najbardziej dramatycznych efektów statystyki Bosego-Einsteina jest prognoza, że ​​bozony mogą nakładać się i współistnieć z innymi bozonami. Fermiony, z drugiej strony, nie mogą tego zrobić, ponieważ postępują zgodnie z Zasada wykluczenia Pauliego (chemicy koncentrują się przede wszystkim na sposobie, w jaki zasada wykluczenia Pauliego wpływa na zachowanie elektronów na orbicie wokół jądra atomowego). Z tego powodu fotony mogą stać się laser a jakaś materia może uformować egzotyczny stan Kondensat Bosego-Einsteina.

Zgodnie ze standardowym modelem fizyki kwantowej istnieje wiele podstawowych bozonów, które nie składają się z mniejszych cząsteczki. Obejmuje to bozony o podstawowych cechach, cząsteczki, które pośredniczą w podstawowe siły fizyki (z wyjątkiem grawitacji, do której za chwilę dojdziemy). Te cztery bozony cechujące mają spin 1 i wszystkie obserwowano eksperymentalnie:

• Foton - Znane jako cząsteczka światła, fotony przenoszą całą energię elektromagnetyczną i działają jak bozon mierniczy, który pośredniczy w sile oddziaływań elektromagnetycznych.
• Gluon - Gluony pośredniczą w oddziaływaniach silnej siły jądrowej, która łączy się ze sobą kwarki uformować protony i neutrony a także utrzymuje protony i neutrony razem w jądrze atomu.
• W Boson - Jeden z dwóch bozonów skrajni zaangażowanych w pośrednictwo w słabej sile jądrowej.
• Z Boson - Jeden z dwóch bozonów skrajni zaangażowanych w pośrednictwo w słabej sile jądrowej.

Oprócz powyższego przewidywane są inne podstawowe bozony, ale bez wyraźnego potwierdzenia eksperymentalnego (jeszcze):

• Bozon Higgsa - Według modelu standardowego bozon Higgsa jest cząsteczką, która powoduje powstanie całej masy. 4 lipca 2012 r. Naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów ogłosili, że mają dobry powód, by sądzić, że znaleźli dowody na obecność Bozonu Higgsa. Trwają dalsze badania w celu uzyskania lepszych informacji na temat dokładnych właściwości cząstki. Przewiduje się, że cząstka ma wartość spinu kwantowego równą 0, dlatego klasyfikuje się ją jako bozon.
• Grawiton - Grawiton jest teoretyczną cząsteczką, która nie została jeszcze eksperymentalnie wykryta. Ponieważ wszystkie inne podstawowe siły - elektromagnetyzm, silna siła nuklearna i słaba siła nuklearna - wszystkie zostały wyjaśnione w w odniesieniu do bozonu mierniczego, który pośredniczy w sile, naturalne było, że próbowano wyjaśnić to samo powaga. Wynikową cząsteczką teoretyczną jest grawiton, który, jak się przewiduje, ma kwantową wartość spinu 2.
• Bosonic Superpartnerzy - Zgodnie z teorią supersymetrii każdy fermion miałby jak dotąd niewykryty bozoniczny odpowiednik. Ponieważ istnieje 12 podstawowych fermionów, sugerowałoby to, że - jeśli supersymetria jest prawdziwa - istnieje jeszcze 12 fundamentalne bozony, które nie zostały jeszcze wykryte, prawdopodobnie dlatego, że są bardzo niestabilne i uległy rozkładowi inne formy.

Niektóre bozony powstają, gdy dwie lub więcej cząstek łączy się ze sobą, tworząc cząstkę o całkowitym spinie, taką jak:

• Mezony - Mezony powstają, gdy dwa kwarki łączą się ze sobą. Ponieważ kwarki są fermionami i mają spiny o wartościach całkowitych, jeśli dwa z nich są ze sobą połączone, wówczas spin powstałej cząstki (która jest sumą poszczególnych obrotów) byłaby liczbą całkowitą, co czyni ją a bozon
• Atom helu-4 - Atom helu-4 zawiera 2 protony, 2 neutrony i 2 elektrony... a jeśli dodasz wszystkie te spiny, za każdym razem uzyskasz liczbę całkowitą. Hel-4 jest szczególnie godny uwagi, ponieważ staje się nadciekły, gdy jest schładzany do bardzo niskich temperatur, co czyni go doskonałym przykładem statystyki Bosego-Einsteina w akcji.

Jeśli podążasz za matematyką, każda cząstka złożona, która zawiera parzystą liczbę fermionów, będzie bozonem, ponieważ parzysta liczba liczb całkowitych zawsze będzie sumowała się do liczby całkowitej.