Definice částice bosonu

V částicové fyzice, boson je typ částice, která se řídí pravidly Bose-Einsteinovy ​​statistiky. Tyto bosony mají také kvantová rotace s obsahuje celé číslo, například 0, 1, -1, -2, 2 atd. (Pro srovnání existují i ​​jiné typy částic, které se nazývají fermiony, které mají rotaci napůl celé číslo, například 1/2, -1/2, -3/2 atd.)

Bosony se někdy nazývají částice síly, protože to jsou bosony, které řídí interakci fyzických sil, jako je elektromagnetismus a možná i samotná gravitace.

Jméno boson pochází z příjmení indického fyzika Satyendra Nath Boseho, skvělého fyzika z začátkem dvacátého století, který spolupracoval s Albertem Einsteinem na vývoji metody analýzy zvané Bose-Einstein statistika. Ve snaze plně pochopit Planckův zákon (termodynamická rovnovážná rovnice, která vycházela z práce Maxe Plancka na vyzařování černých těles problém), Bose nejprve navrhl metodu v 1924 papíru pokoušet se analyzovat chování fotonů. Poslal novinu Einsteinovi, který ji mohl zveřejnit... a poté pokračoval v rozšiřování Boseova uvažování za pouhé fotony, ale také k aplikaci na částice hmoty.

Jedním z nejdramatičtějších účinků Bose-Einsteinovy ​​statistiky je předpověď, že bosony se mohou překrývat a koexistovat s ostatními bosony. Fermiony, na druhé straně, nemohou udělat, protože oni následují Princip vyloučení Pauliho (chemici se zaměřují především na to, jak Pauliho princip vyloučení ovlivňuje chování elektronů na oběžné dráze kolem atomového jádra.) Z tohoto důvodu je možné, aby se fotony staly laser a nějaká hmota je schopna vytvořit exotický stav a Kondenzát Bose-Einstein.

Podle standardního modelu kvantové fyziky existuje řada základních bosonů, které nejsou tvořeny menšími částice. To zahrnuje základní kalibrační bosony, částice, které zprostředkovávají základní síly fyziky (kromě gravitace, k níž se za chvíli dostaneme). Tyto čtyři měřicí bosony mají rotaci 1 a všechny byly experimentálně pozorovány:

• Foton - Fotony, známé jako částice světla, nesou veškerou elektromagnetickou energii a působí jako měřicí boson, který zprostředkovává sílu elektromagnetických interakcí.
• Gluon - Gluony zprostředkovávají interakce silné jaderné síly, která se váže dohromady kvarky do formy protony a neutrony a také drží protony a neutrony pohromadě uvnitř atomového jádra.
• W Boson - Jeden ze dvou pozičních bosonů zapojených do zprostředkování slabé jaderné síly.
• Z Boson - Jeden ze dvou pozičních bosonů zapojených do zprostředkování slabé jaderné síly.

Kromě výše uvedeného jsou předpovídány další základní bosony, ale bez jasného experimentálního potvrzení (zatím):

• Higgs Boson - Podle standardního modelu je Higgsův boson částicí, která dává vzniknout celé hmotě. Dne 4. července 2012 vědci z Velkého Hadronu Collider oznámili, že měli dobrý důvod se domnívat, že našli důkazy o Higgsově bosonu. Pokračuje další výzkum ve snaze získat lepší informace o přesných vlastnostech částice. Předpokládá se, že částice bude mít kvantovou hodnotu spinu 0, a proto je klasifikována jako boson.
• Graviton - Graviton je teoretická částice, která dosud nebyla experimentálně detekována. Protože ostatní základní síly - elektromagnetismus, silná jaderná síla a slabá jaderná síla - jsou vysvětleny v co se týče kalibračního bosonu, který zprostředkovává sílu, bylo přirozené pokusit se o vysvětlení použít stejný mechanismus gravitace. Výsledná teoretická částice je graviton, u kterého se předpokládá, že má kvantovou hodnotu spinu 2.
• Bosonští super partneři - Podle teorie supersymetrie by každý fermion měl dosud nedetekovaného bosonového protějšku. Protože existuje 12 základních fermionů, naznačovalo by to, že - pokud je supersymetrie pravdivá - existuje dalších 12 základní bosony, které dosud nebyly detekovány, pravděpodobně proto, že jsou vysoce nestabilní a rozpadly se jiné formy.

Některé bosony vznikají, když se dvě nebo více částic spojí dohromady a vytvoří částici s celočíselnou rotací, například:

• Mesons - Mesony vznikají spojením dvou kvarků. Vzhledem k tomu, že kvarky jsou fermiony a mají napůl celé točení, jsou-li dva spojeny dohromady, pak se točí výsledné částice (což je součet jednotlivých točení) by bylo celé číslo, což by z toho udělalo a boson.
• Atom helia-4 - Atom helia-4 obsahuje 2 protony, 2 neutrony a 2 elektrony... a pokud sčítáte všechna tato zatočení, pokaždé skončí s celým číslem. Hélium-4 je obzvláště pozoruhodné, protože se stává superfluidním, když je ochlazeno na velmi nízké teploty, což z něj dělá skvělý příklad Bose-Einsteinovy ​​statistiky v akci.

Pokud sledujete matematiku, jakákoli složená částice, která obsahuje sudý počet fermionů, bude boson, protože sudý počet napůl celých čísel se vždy přičte k celému číslu.