Определение на босонова частица

Във физиката на частиците, a бозон е вид частица, която се подчинява на правилата на статистиката на Бозе-Айнщайн. Тези бозони също имат a квантово въртене с съдържа цяло число, като 0, 1, -1, -2, 2 и т.н. (За сравнение има и други видове частици, наречени фермиони, които имат полу-цяло число завъртане, като 1/2, -1/2, -3/2 и т.н.)

Бозоните понякога се наричат ​​силови частици, защото именно бозоните контролират взаимодействието на физическите сили, като електромагнетизма и евентуално дори самото гравитация.

Името бозон идва от фамилията на индийския физик Сатиендра Нат Босе, блестящ физик от началото на ХХ век, който работи с Алберт Айнщайн, за да разработи метод за анализ, наречен Bose-Ainstein статистика. В опит да разберем напълно закона на Планк (уравнението на термодинамичното равновесие, излязло от работата на Макс Планк върху излъчване на черно тяло проблем), Бозе за първи път предлага метода в документ от 1924 г., опитвайки се да анализира поведението на фотоните. Той изпрати вестника до Айнщайн, който успя да го публикува... и след това разшири разсъжденията на Бозе отвъд обикновените фотони, но и да се прилага към частиците от материята.

Един от най-драматичните ефекти на статистиката на Бозе-Айнщайн е прогнозата, че бозоните могат да се припокриват и да съществуват съвместно с други бозони. Фермионите, от друга страна, не могат да направят това, защото следват това Принцип на изключване на Паули (химиците се фокусират основно върху начина, по който Принципът на изключване на Паули влияе върху поведението на електрони в орбита около атомно ядро.) Поради това е възможно фотоните да станат лазер и някаква материя е в състояние да формира екзотичното състояние на a Кондензат Бозе-Айнщайн.

Според Стандартния модел на квантовата физика има редица основни бозони, които не са съставени от по-малки частици. Това включва основните калибровъчни бозони, частиците, които посредничат основни сили на физиката (с изключение на гравитацията, до която ще стигнем за миг). Тези четири калибровъчни бозона са завъртели 1 и всички бяха експериментално наблюдавани:

• Photon - Известен като частицата на светлината, фотоните носят цялата електромагнитна енергия и действат като калибровъчния бозон, който опосредства силата на електромагнитните взаимодействия.
• Gluon - Глуоните посредничат във взаимодействията на силната ядрена сила, която се свързва кварки за да се образува протони и неутрони и също така държи протоните и неутроните заедно в ядрото на атома.
• W Boson - Един от двата калибровъчни бозона, участващи в посредничеството на слабата ядрена сила.
• Z Boson - Един от двата калибровъчни бозона, участващи в посредничеството на слабата ядрена сила.

В допълнение към горното са предвидени и други основни бозони, но без ясно експериментално потвърждение (все още):

• Хигс бозон - Според Стандартния модел Хигс Босон е частицата, която поражда цялата маса. На 4 юли 2012 г. учени от Големия адронен колайдер обявиха, че имат основателни причини да смятат, че са намерили доказателства за Хигс Босон. По-нататъшни изследвания продължават в опит да се получи по-добра информация за точните свойства на частицата. Предполага се, че частицата има квантова стойност на спина 0, поради което е класифицирана като бозон.
• Гравитон - Гравитонът е теоретична частица, която все още не е открита експериментално. Тъй като другите основни сили - електромагнетизмът, силната ядрена сила и слабата ядрена сила - са обяснени във всичко от гледна точка на калибровъчен бозон, който посредничи върху силата, беше естествено да се опита да се използва същия механизъм за обяснение земно притегляне. Получената теоретична частица е гравитонът, за който се очаква да има стойност на квантово спин 2.
• Суперпартньори на Bosonic - Според теорията за свръхсиметрията всеки фермион би имал досега неоткрит бозонен колега. Тъй като има 12 основни фермиона, това би подсказало, че - ако суперсиметрията е вярна - има още 12 фундаментални бозони, които все още не са открити, вероятно защото са силно нестабилни и са се разпаднали други форми.

Някои бозони се образуват, когато две или повече частици се съединят заедно, за да създадат целочислена частица, като например:

• мезони - Мезоните се образуват, когато два кварка се свързват заедно. Тъй като кварките са фермиони и имат полу-цяло число завъртания, ако два от тях са свързани заедно, тогава въртенето от получената частица (която е сумата на отделните завъртания) би било цяло число, което я прави a бозон.
• Хелий-4 атом - Атом хелий-4 съдържа 2 протона, 2 неутрона и 2 електрона... и ако добавите всички тези завъртания, всеки път ще завършвате с цяло число. Хелий-4 е особено забележим, тъй като се превръща в свръхтечност при охлаждане до ултра ниски температури, което го прави блестящ пример за статистика на Бозе-Айнщайн в действие.

Ако следвате математиката, всяка съставна частица, която съдържа четен брой фермиони, ще бъде бозон, тъй като четен брой полу-цели числа винаги ще се добавят към цяло число.