Määritelmä Boson-hiukkanen

Hiukkasfysiikassa a bosoni on hiukkasetyyppi, joka noudattaa Bose-Einsteinin tilastojen sääntöjä. Näillä bosoneilla on myös a kvantti spin kanssa sisältää kokonaislukuarvon, kuten 0, 1, -1, -2, 2 jne. (Vertailun vuoksi on olemassa muun tyyppisiä hiukkasia, nimeltään fermioneja, joissa on puoliluku kokonaispyöräytystä, kuten 1/2, -1/2, -3/2 ja niin edelleen.)

Bosoneja kutsutaan joskus voimapartikkeleiksi, koska ne ovat bosoneja, jotka säätelevät fyysisten voimien, kuten sähkömagneettisuuden ja mahdollisesti jopa itse painovoiman vuorovaikutusta.

Nimi boson tulee intialaisen fyysikon Satyendra Nath Bose sukunimestä, joka on loistava fyysikko 2000-luvun alkupuolella, joka työskenteli Albert Einsteinin kanssa kehittääkseen Bose-Einstein -nimisen analyysimenetelmän tilastoihin. Yritettäessä ymmärtää täysin Planckin lakia (termodynaamisen tasapainon yhtälö, joka tuli Max Planckin työstä mustan kappaleen säteily Bose ehdotti menetelmää ensin vuoden 1924 lehdessä yrittäen analysoida fotonien käyttäytymistä. Hän lähetti paperin Einsteinille, joka pystyi saamaan sen julkaistuksi... ja jatkoi sitten Bosen päättelyä pelkkien fotonien lisäksi, mutta myös soveltaa ainehiukkasiin.

Yksi Bose-Einsteinin tilastojen dramaattisimmista vaikutuksista on ennuste, että bosonit voivat olla päällekkäisiä ja esiintyä samanaikaisesti muiden bosonien kanssa. Fermionit sitä vastoin eivät voi tehdä tätä, koska he seuraavat Paulin poissulkemisperiaate (Kemistit keskittyvät pääasiassa tapaan, jolla Paulin poissulkemisperiaate vaikuttaa elektronien käyttäytymiseen kiertoradalla atomin ytimen ympärillä.) Tämän vuoksi fotoneista on mahdollista tulla laser ja jokin aine pystyy muodostamaan a: n eksoottisen tilan Bose-Einstein -kondensaatti.

Kvantfysiikan standardimallin mukaan on olemassa useita perustavanlaatuisia bosoneja, jotka eivät koostu pienemmistä hiukkasia. Tämä sisältää perusmittaribosonit, hiukkaset, jotka välittävät fysiikan perusvoimat (paitsi painovoima, johon päästämme hetkessä). Nämä neljä mittapulloa ovat spin 1 ja kaikki on havaittu kokeellisesti:

• Fotoni - Fotonit, jotka tunnetaan valon hiukkasina, kantavat kaiken sähkömagneettisen energian ja toimivat mittaribosonina, joka välittää sähkömagneettisten vuorovaikutusten voimaa.
• gluoni - Gluonit välittävät yhdessä sitoutuvan voimakkaan ydinvoiman vuorovaikutukset kvarkkien muodostamaan protoneja ja neutronit ja pitää myös protonit ja neutronit yhdessä atomin ytimessä.
• W Boson - Yksi kahdesta mittaustulosta, jotka osallistuvat heikon ydinvoiman välittämiseen.
• Z Boson - Yksi kahdesta mittaustulosta, jotka osallistuvat heikon ydinvoiman välittämiseen.

Edellä mainitun lisäksi ennustetaan myös muita perustavanlaatuisia bosoneja, mutta ilman selkeää kokeellista vahvistusta (vielä):

• Higgsin bosoni - Vakiomallin mukaan Higgs Boson on partikkeli, joka aiheuttaa kaiken massan. 4. heinäkuuta 2012, Large Hadron Collider -yrityksen tutkijat ilmoittivat, että heillä oli hyvä syy uskoa löytäneensä todisteita Higgs Bosonista. Jatkotutkimuksia on meneillään yrittää saada parempaa tietoa hiukkasen täsmällisistä ominaisuuksista. Hiukkasella ennustetaan kvanttisen spin-arvon olevan 0, minkä vuoksi se luokitellaan bosoniksi.
• Graviton - Gravitoni on teoreettinen hiukkanen, jota ei ole vielä havaittu kokeellisesti. Koska muut perusvoimat - sähkömagneetismi, voimakas ydinvoima ja heikko ydinvoima - on kaikki selitetty Voimaa välittävän mittaribosonin termeillä oli vain luonnollista yrittää selittää samaa mekanismia painovoima. Tuloksena oleva teoreettinen hiukkanen on gravitoni, jonka ennustetaan olevan kvanttin spin-arvo 2.
• Bosonic Superpartners - Supersymmetrian teorian mukaan jokaisella fermionilla olisi toistaiseksi havaitsematon bosoninen vastine. Koska peruskysymyksiä on 12, tämä viittaa siihen, että - jos supersymmetria on totta - on olemassa muita 12 perustavanlaatuisia bosoneja, joita ei ole vielä havaittu, luultavasti siksi, että ne ovat erittäin epävakaita ja rappeutuneita muut muodot.

Jotkut bosonit muodostuvat, kun kaksi tai useampia hiukkasia yhdistyvät kokonaislinkkiä sisältävän hiukkasen luomiseksi, kuten:

• mesons - Mesonit muodostuvat, kun kaksi kvarkkia sitoutuu toisiinsa. Koska kvarkit ovat fermioneja ja niissä on puolilukumääräisiä spinejä, jos kaksi niistä on sidottu yhteen, spin Tuloksena olevan partikkelin (joka on yksittäisten spinnien summa) osuus olisi kokonaisluku, mikä tekee siitä a bosoni.
• Helium-4-atomi - Helium-4-atomi sisältää 2 protonia, 2 neutronia ja 2 elektronia... ja jos lisäät kaikki nämä spinnit, saat kokonaisluvun joka kerta. Helium-4 on erityisen huomionarvoinen, koska siitä tulee superneste, kun se jäähdytetään erittäin matalaan lämpötilaan, joten se on loistava esimerkki Bose-Einsteinin tilastoista toiminnassa.

Jos seuraat matematiikkaa, kaikki komposiittipartikkelit, jotka sisältävät parillisen määrän fermioneita, tulevat bosoniksi, koska parillinen määrä puolilukuja tulee aina lisäämään kokonaislukuun.