Ce este un 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, etc.

Ce este atât de special despre un Boson?

Bosonii sunt uneori numite particule de forță, deoarece bosonii sunt cei 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 de la începutul secolului XX care a lucrat cu Albert Einstein pentru a dezvolta o metodă de analiză numită statisticile Bose-Einstein. În efortul de a înțelege pe deplin legea lui Planck (ecuația de echilibru termodinamică care a ieșit din lucrarea lui Max Planck asupra problemei de radiație a persoanelor negre), Bose a propus prima dată metoda într-o lucrare din 1924 încercând să analizeze comportamentul fotonilor. El a trimis lucrarea către Einstein, care a fost capabil să o publice ... și apoi a continuat să extindă raționamentul lui Bose dincolo de simplele 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, deoarece respectă Principiul de excludere Pauli (chimiștii se concentrează în primul rând asupra modului în care Principiul de excludere Pauli are un impact asupra comportamentului electronilor în orbită în jurul unui nucleu atomic.) Din această cauză, este posibil să fotoni pentru a deveni un laser și o anumită materie este capabilă să formeze starea exotică a unui condensat Bose-Einstein.

Bosoni fundamentali

Conform modelului standard al fizicii cuantice, există o serie de bosoni fundamentali, care nu sunt alcătuiți din particule mai mici. Aceasta include bosonii gabaritului de bază, particulele care mediază forțele 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 ca 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 leagă quark-urile pentru a forma protoni și neutroni 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. Întrucât celelalte forțe fundamentale - electromagnetismul, forța nucleară puternică și forța nucleară slabă - sunt toate explicate în termeni de un boson de ecartament care mediază forța, era firesc să se încerce să se folosească același mecanism pentru a explica gravitația. Particula teoretică care rezultă este gravitonul, care se presupune că are o valoare cuantică de 2 rotiri.
• Superpartenii bosonici - Conform teoriei suprasimetriei, fiecare fermion ar avea o omologă bosonică până acum nedetectată. Deoarece există 12 fermioni fundamentali, acest lucru ar sugera că - dacă supersimetria este adevărată - există încă 12 bosoni fundamentali care nu au fost încă detectați, probabil pentru că sunt foarte instabili și s-au descompus în alte forme..

Bosoni compuși

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

• mezoni - Mesoanele se formează atunci când două quarkuri se leagă. Întrucât quark-urile sunt fermii și au rotiri cu jumătate întregi, dacă două dintre ele sunt legate între ele, atunci spinul particulei rezultate (care este suma rotirilor individuale) ar fi un număr întreg, făcându-l să fie un boson.
• 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 genial 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.