Definicija bosonske čestice

U fizici čestica, a bozon je vrsta čestica koja se pokorava pravilima Bose-Einsteinove statistike. Ovi bozoni također imaju a kvantni spin sa sadrži cijelu vrijednost, kao što su 0, 1, -1, -2, 2, itd. (Za usporedbu, postoje i druge vrste čestica, nazvane fermioni, koji imaju polu-cijeli broj okreta, kao što su 1/2, -1/2, -3/2, itd.)

Bozoni se ponekad nazivaju česticama sile, jer upravo bozoni kontroliraju interakciju fizičkih sila, poput elektromagnetizma i možda čak i same gravitacije.

Ime bozon dolazi od prezimena indijskog fizičara Satyendra Nath Bose, sjajnog fizičara iz ranog dvadesetog stoljeća koji je zajedno s Albertom Einsteinom radio na razvoju analitičke metode koja se zove Bose-Einstein statistika. U nastojanju da u potpunosti razumemo Planckov zakon (jednadžba termodinamičke ravnoteže koja je nastala iz rada Maksa Plancka o zračenje crna tijela problem), Bose je prvi put predložio tu metodu u radu iz 1924. pokušavajući analizirati ponašanje fotona. Rad je poslao Einsteinu, koji ga je uspio objaviti... a zatim je proširio Boseova razmišljanja i izvan pukih fotona, ali i da se odnosi na čestice materije.

Jedan od najdramatičnijih efekata Bose-Einsteinove statistike je predviđanje da se bozoni mogu preklapati i koegzistirati s drugim bozonima. Fermioni, s druge strane, ne mogu to učiniti, jer slijede Načelo isključenja iz Paulija (kemičari se prvenstveno fokusiraju na način na koji Paulijevo načelo isključenja utječe na ponašanje elektrona u orbiti oko atomskog jezgra.) Zbog toga je moguće da fotoni postanu laser a neka materija može oblikovati egzotično stanje a Bose-Einsteinov kondenzat.

Prema Standardnom modelu kvantne fizike, postoji niz temeljnih razloga koji se ne sastoje od manjih čestice. To uključuje osnovne bozonske bozone, čestice koje posreduju temeljne sile fizike (osim gravitacije, do koje ćemo doći u trenutku). Ta su četiri bozona kalibra 1 i svi su eksperimentalno promatrani:

• Foton - Poznati kao čestica svjetlosti, fotoni nose svu elektromagnetsku energiju i djeluju kao mjerač bozona koji posreduje sili elektromagnetskih interakcija.
• gluon - Gluoni posreduju u interakcijama jake nuklearne sile, koja se veže zajedno kvarkovi kako bi se dobilo protoni i neutroni i također drži protone i neutrone zajedno u jezgri atoma.
• W Boson - Jedan od dviju kalibra koji su sudjelovali u posredovanju slabe nuklearne sile.
• Z Boson - Jedan od dviju kalibra koji su sudjelovali u posredovanju slabe nuklearne sile.

Pored navedenog, predviđaju se i drugi temeljni bozoni, ali bez jasne eksperimentalne potvrde (još):

• Higgs Boson - Prema Standardnom modelu, Higgsov bozon je čestica koja daje svu masu. 4. srpnja 2012., znanstvenici sa Velikog hadronskog sudara objavili su da imaju dobar razlog vjerovati da su pronašli dokaze Higgsova Bozona. Daljnja su istraživanja u tijeku s ciljem dobivanja boljih informacija o točnim svojstvima čestice. Predviđa se da će čestica imati kvantnu vrijednost spina od 0, zbog čega je klasificirana kao bozon.
• graviton - Graviton je teorijska čestica koja još nije eksperimentalno otkrivena. Budući da su sve temeljne sile - elektromagnetizam, jaka nuklearna sila i slaba nuklearna sila - sve objašnjene u Pojmove kalibra bozona koji posreduju silu, bilo je prirodno pokušati upotrijebiti isti mehanizam za objašnjenje gravitacija. Rezultirajuća teorijska čestica je graviton za koji se predviđa da ima kvantnu vrijednost spin 2.
• Bosanski superpartneri - Prema teoriji supersimetrije, svaki fermion imao bi tako daleko neotkriven bozonski pandan. Budući da postoji 12 osnovnih fermiona, ovo bi sugeriralo da - ako je supersimetrija istinita - postoji još 12 temeljni bozoni koji još nisu otkriveni, vjerojatno zato što su izrazito nestabilni i ušli su u njih drugi oblici.

Neki bozoni nastaju kada se dvije ili više čestica udruže kako bi stvorile čestica s cijelim brojem, kao što su:

• mezoni - Mesoni nastaju kada se dva kvarka spoje zajedno. Budući da su kvarkovi fermioni i imaju polu-cijeli broj zavrtanja, ako su dva povezana zajedno, tada se vrti rezultirajuća čestica (koja je zbroj pojedinačnih vrtnji) bila bi cijeli broj, čineći je a bozon.
• Helij-4 atom - Atom helija-4 sadrži 2 protona, 2 neutrona i 2 elektrona... i ako zbrojite sve te vrtnje, svaki put ćete završiti s cijelim brojem. Helij-4 je posebno vrijedan primjene jer se hladi na ultra-niskim temperaturama, što predstavlja sjajan primjer statistike Bose-Einsteina na djelu.

Ako pratite matematiku, svaka kompozitna čestica koja sadrži parni broj fermiona postat će bozon, jer će čak i broj polu-cjelobrojnih brojeva uvijek zbrojiti cijeli broj.