Definiția unei particule Boson

În fizica particulelor, a boson este un tip de particule care se supune regulilor statisticilor Bose-Einstein. Acești bosoni au și o spin cuantic with conține o valoare întreagă, cum ar fi 0, 1, -1, -2, 2 etc. (Prin comparație, există alte tipuri de particule, numite fermioni, care au o rotire cu jumătate întreagă, cum ar fi 1/2, -1/2, -3/2 și așa mai departe.)

Bosonii sunt uneori numite particule de forță, deoarece sunt bosonii care controlează interacțiunea forțelor fizice, cum ar fi electromagnetismul și, eventual, chiar gravitația în sine.

Numele bosonului provine de la numele de familie al fizicianului indian Satyendra Nath Bose, un fizician genial din la începutul secolului XX, care a lucrat cu Albert Einstein pentru a dezvolta o metodă de analiză numită Bose-Einstein statistici. În efortul de a înțelege pe deplin legea lui Planck (ecuația de echilibru a termodinamicii care a ieșit din lucrarea lui Max Planck asupra radiații negre problemă), Bose a propus prima dată metoda într-o lucrare din 1924 încercând să analizeze comportamentul fotonilor. El a trimis lucrarea către Einstein, care a reușit să o publice... și apoi a continuat să extindă raționamentul lui Bose dincolo de simple fotoni, dar și să se aplice particulelor de materie.

Unul dintre cele mai dramatice efecte ale statisticilor Bose-Einstein este prezicerea că bosonii se pot suprapune și coexista cu alți bosoni. Fermionii, pe de altă parte, nu pot face acest lucru, pentru că urmează Principiul excluderii lui Pauli (Chimiștii se concentrează în primul rând asupra modului în care Principiul de excludere Pauli are un impact asupra comportamentului electronilor pe orbita în jurul unui nucleu atomic.) Din această cauză, este posibil ca fotonii să devină un cu laser iar o anumită materie este capabilă să formeze starea exotică a Condensatul de Bose-Einstein.

Conform modelului standard de fizică cuantică, există o serie de bosoni fundamentali, care nu sunt alcătuiți din mai mici particule. Aceasta include bosonii ecartamentului de bază, particulele care mediază forțe fundamentale ale fizicii (cu excepția gravitației, la care vom ajunge într-o clipă). Acești patru bosoni cu ecartament au spinul 1 și au fost observați în mod experimental:

• Foton - Cunoscută drept particulă de lumină, fotonii poartă toată energia electromagnetică și acționează ca bosonul gabaritului care mediază forța interacțiunilor electromagnetice.
• gluoni - Gluonii mediază interacțiunile forței nucleare puternice, care se leagă între ele cuarci a forma protonii și neutronii și, de asemenea, ține protonii și neutronii împreună în nucleul unui atom.
• W Boson - Unul dintre cei doi bosoni ai ecartamentului implicați în medierea forței nucleare slabe.
• Z Boson - Unul dintre cei doi bosoni ai ecartamentului implicați în medierea forței nucleare slabe.

În plus față de cele de mai sus, sunt prezise și alte bosonii fundamentale, dar fără o confirmare experimentală clară (încă):

• Higgs Boson - Conform modelului standard, Bosonul Higgs este particula care dă naștere la toată masa. Pe 4 iulie 2012, oamenii de știință de la „Big Hadron Collider” au anunțat că au motive întemeiate să creadă că au găsit dovezi ale Bosonului Higgs. Cercetări suplimentare sunt în desfășurare în încercarea de a obține informații mai bune despre proprietățile exacte ale particulei. Se prevede că particula are o valoare cuantică de centrifugare de 0, motiv pentru care este clasificată drept boson.
• Graviton - Gravitonul este o particulă teoretică care nu a fost încă detectată experimental. Deoarece celelalte forțe fundamentale - electromagnetismul, forța nucleară puternică și forța nucleară slabă - sunt explicate în toate termenii unui boson de ecartament care mediază forța, era firesc să încerci să folosești același mecanism pentru a explica gravitatie. Particula teoretică care rezultă este gravitonul, care se presupune că are o valoare cuantică de 2 rotiri.
• Superpartenii bosonici - Conform teoriei supersimetriei, fiecare fermion ar avea o contrapartida bosonică până acum nedetectată. Deoarece există 12 fermioni fundamentali, acest lucru ar sugera că - dacă supersimetria este adevărată - există alte 12 bosoni fundamentali care încă nu au fost detectați, probabil pentru că sunt foarte instabili și s-au descompus alte forme.

Unele bosonii se formează atunci când două sau mai multe particule se unesc pentru a crea o particulă de spin întreg, cum ar fi:

• mezoni - Mesoanele se formează atunci când doi quarks se leagă între ei. Deoarece quark-urile sunt fermioane și au rotiri pe jumătate întregi, dacă două dintre ele sunt legate între ele, atunci spinul particula rezultată (care este suma rotirilor individuale) ar fi un număr întreg, ceea ce o face bosonul.
• Atom de heliu-4 - Un atom de heliu-4 conține 2 protoni, 2 neutroni și 2 electroni... și dacă adăugați toate aceste rotiri, veți termina cu un număr întreg de fiecare dată. Helium-4 este deosebit de remarcabil, deoarece devine un superfluid atunci când este răcit la temperaturi ultra-scăzute, ceea ce îl face un exemplu strălucit de statistici Bose-Einstein în acțiune.

Dacă urmați matematica, orice particulă compozită care conține un număr egal de fermioni va fi un boson, deoarece un număr egal de jumătăți întregi se va adăuga întotdeauna la un număr întreg.