Definícia častice bosónu

V časticovej fyzike a bozón je typ častice, ktorá sa riadi pravidlami Bose-Einsteinovej štatistiky. Tieto bozóny tiež majú a kvantová rotácia s obsahuje celé číslo, napríklad 0, 1, -1, -2, 2 atď. (Na porovnanie existujú aj iné typy častíc nazývané fermióny, ktoré majú polovičné číslo rotácie, napríklad 1/2, -1/2, -3/2 atď.)

Bosóny sa niekedy nazývajú silovými časticami, pretože interakciu fyzikálnych síl, ako je elektromagnetizmus a možno aj samotná gravitácia, riadi.

Meno bozón pochádza z priezviska indického fyzika Satyendra Nath Boseho, geniálneho fyzika z začiatkom dvadsiateho storočia, ktorý spolupracoval s Albertom Einsteinom na vývoji metódy analýzy nazývanej Bose-Einstein štatistika. V snahe plne porozumieť Planckovmu zákonu (termodynamická rovnovážna rovnica, ktorá vychádza z práce Maxa Plancka na žiarenie čiernych telies problém), Bose prvýkrát navrhol metódu v dokumente z roku 1924, ktorý sa snažil analyzovať správanie fotónov. Príspevok poslal Einsteinovi, ktorý ho mohol uverejniť... a potom pokračoval v rozširovaní Boseovho uvažovania za obyčajné fotóny, ale aj na častice hmoty.

Jedným z najdramatickejších účinkov Bose-Einsteinovej štatistiky je predpoveď, že bozóny sa môžu prekrývať a koexistovať s inými bozónmi. Fermiony, na druhej strane, to nemôžu urobiť, pretože nasledujú Princíp vylúčenia Pauliho (chemici sa zameriavajú predovšetkým na to, ako Pauliho princíp vylučovania ovplyvňuje správanie elektrónov na obežnej dráhe okolo atómového jadra.) Z tohto dôvodu je možné, aby sa fotóny stali laser a nejaká hmota je schopná vytvoriť exotický stav a Kondenzát Bose-Einstein.

Podľa štandardného modelu kvantovej fyziky existuje niekoľko základných bozónov, ktoré nie sú tvorené menšími častice. To zahŕňa základné kalibračné bozóny, častice, ktoré sprostredkovávajú základné sily fyziky (s výnimkou gravitácie, ku ktorej sa za chvíľu dostaneme). Tieto štyri kalibre bozónov majú rotáciu 1 a všetky boli experimentálne pozorované:

• fotón - Fotóny, známe ako častica svetla, nesú všetku elektromagnetickú energiu a pôsobia ako kalibračný bozón, ktorý sprostredkuje silu elektromagnetických interakcií.
• gluon - Gluóny sprostredkujú interakcie silných jadrových síl, ktoré sa spájajú kvarky tvoriť protóny a neutróny a tiež drží protóny a neutróny pohromade v jadre atómu.
• W Boson - Jeden z dvoch obrysových bozónov zapojených do sprostredkovania slabej jadrovej sily.
• Z Boson - Jeden z dvoch obrysových bozónov zapojených do sprostredkovania slabej jadrovej sily.

Okrem toho sú predpovedané ďalšie základné bozóny, ale bez jasného experimentálneho potvrdenia (zatiaľ):

• Higgs Boson - Podľa štandardného modelu je Higgsov bozón časticou, ktorá vedie k celej hmote. Vedci z Veľkého Hadron Collider 4. júla 2012 oznámili, že majú dôvod domnievať sa, že našli dôkazy o Higgsovom bozóne. Pokračuje ďalší výskum v snahe získať lepšie informácie o presných vlastnostiach častice. Predpokladá sa, že častice majú kvantovú hodnotu spinu 0, a preto je klasifikovaná ako bozón.
• gravitón - Gravitón je teoretická častica, ktorá ešte nebola experimentálne zistená. Keďže ostatné základné sily - elektromagnetizmus, silná jadrová sila a slabá jadrová sila - sú vysvetlené v čo sa týka rozchodu bozónu, ktorý sprostredkuje silu, bolo prirodzené pokúsiť sa použiť rovnaký mechanizmus na vysvetlenie gravitácia. Výsledná teoretická častica je graviton, u ktorého sa predpokladá, že má kvantovú hodnotu spinov 2.
• Bosonskí superpartneri - Podľa teórie supersymetrie by každá fólia mala doteraz nedetekovaného bozonického náprotivku. Keďže existuje 12 základných fermionov, naznačovalo by to, že ak je supersymetria pravdivá, existuje ďalších 12 základné bozóny, ktoré ešte neboli odhalené, pravdepodobne preto, že sú veľmi nestabilné a rozpadli sa iné formy.

Niektoré bozóny vznikajú, keď sa dve alebo viac častíc spoja, aby vytvorili celočíselnú spinovú časticu, ako napríklad:

• mezóny - Mesóny vznikajú spojením dvoch kvarkov. Keďže sú kvarky fermióny a majú polovičné celé točenia, ak sú dva z nich spojené dohromady, potom sa točí výslednej častice (ktorá je súčtom jednotlivých točení) by bolo celé číslo, čím by sa stalo a bozón.
• Atóm hélia-4 - Atóm hélia-4 obsahuje 2 protóny, 2 neutróny a 2 elektróny... a ak spočítate všetky tieto otočky, zakaždým skončí s celým číslom. Hélium-4 je obzvlášť pozoruhodné, pretože sa po ochladení na veľmi nízke teploty stáva superfluidným, čo z neho robí vynikajúci príklad Bose-Einsteinovej štatistiky v akcii.

Ak sledujete matematiku, akákoľvek zložená častica, ktorá obsahuje párny počet fermionov, bude boson, pretože párny počet polovičných celých čísel sa vždy pridá k celému číslu.