Daļiņu fizikā, a bozons ir daļiņu tips, kas pakļaujas Bose-Einšteina statistikas noteikumiem. Šiem bozoniem ir arī a kvantu griešanās ar satur veselu skaitli, piemēram, 0, 1, -1, -2, 2 utt. (Salīdzinājumam, ir arī citi daļiņu veidi, ko sauc par fermions, kuriem ir puse no vesela skaitļa grieziena, piemēram, 1/2, -1/2, -3/2 utt.)
Kas ir tik īpašs Bosonā?
Bosonus dažreiz sauc par spēka daļiņām, jo tieši bozoni kontrolē fizisko spēku mijiedarbību, piemēram, elektromagnētismu un, iespējams, pat pašu smagumu.
Vārds bozons cēlies no Indijas fiziķa Satjendras Nata Bozes uzvārda, kurš ir izcils fiziķis no divdesmitā gadsimta sākumā, kurš sadarbojās ar Albertu Einšteinu, lai izstrādātu analīzes metodi ar nosaukumu Bose-Einšteins statistika. Cenšoties pilnībā izprast Planka likumu (termodinamikas līdzsvara vienādojumu, kas iznāca no Maksa Planka darba pie melnā ķermeņa starojums pirmo reizi ierosināja šo metodi 1924. gada rakstā, mēģinot analizēt fotonu izturēšanos. Viņš nosūtīja rakstu Einšteinam, kurš varēja to publicēt... un pēc tam turpināja paplašināt Bose spriešanu ne tikai par fotoniem, bet arī attiecināt uz matērijas daļiņām.
Viens no dramatiskākajiem Bose-Einšteina statistikas efektiem ir prognoze, ka bozoni var pārklāties un līdzāspastāvēt ar citiem bozoniem. Turpretī fermioni to nevar izdarīt, jo viņi seko Pauli izslēgšanas princips (ķīmiķi galvenokārt koncentrējas uz to, kā Pauli izslēgšanas princips ietekmē elektronu izturēšanos orbītā ap atoma kodolu.) Tāpēc fotoniem ir iespējams kļūt par lāzers un kāda matērija spēj veidot eksotisku stāvokli Bose-Einšteina kondensāts.
Pamata bosoni
Saskaņā ar kvantu fizikas standarta modeli, pastāv virkne fundamentālu bozonu, kurus neizveido mazāki daļiņas. Tas ietver pamata mērierīces bozonus, daļiņas, kas mediē fizikas pamat spēki (izņemot smagumu, pie kura mēs nokļūsim vienā mirklī). Šie četri gabarītu bozoni ir apgriezti 1, un visi tie ir eksperimentāli novēroti:
- Fotons - fotoni, kas pazīstami kā gaismas daļiņa, pārnēsā visu elektromagnētisko enerģiju un darbojas kā mērīšanas bozons, kas pastarpina elektromagnētiskās mijiedarbības spēku.
- Gluons - Gluoni mediē spēcīgā kodolenerģijas, kas saista kopā, mijiedarbību kvarki veidot protoni un neitroni kā arī satur protonus un neitronus kopā atoma kodolā.
- W Bosons - Viens no diviem bozoniem, kas iesaistīti starpniecībā par vājiem kodolieročiem.
- Z Bosons - Viens no diviem bozoniem, kas iesaistīti starpniecībā par vājiem kodolieročiem.
Papildus iepriekš minētajam tiek prognozēti arī citi fundamentāli bozoni, bet bez skaidra eksperimentāla apstiprinājuma (pagaidām):
- Higss Bosons - Saskaņā ar standarta modeli, Higsa bosons ir daļiņa, kas rada visu masu. 2012. gada 4. jūlijā Lielā hadronu sadursmes zinātnieki paziņoja, ka viņiem ir pamatots iemesls uzskatīt, ka viņi ir atraduši pierādījumus par Higsa Bosonu. Turpinās turpmāki pētījumi, lai iegūtu labāku informāciju par daļiņu precīzām īpašībām. Paredzams, ka daļiņai būs kvantu griešanās vērtība 0, tāpēc to klasificē kā bozonu.
- Gravitons - Gravitons ir teorētiska daļiņa, kas vēl nav eksperimentāli atklāta. Kopš pārējie pamatjēdzieni - elektromagnētisms, spēcīgs kodolenerģijas spēks un vājš kodolenerģijas spēks - ir izskaidroti šajā nodaļā Tā kā mērinstrumenta bozonam ir spēka starpniecība, bija dabiski mēģināt izskaidrot to pašu mehānismu smagums. Iegūtā teorētiskā daļiņa ir gravitons, kam paredzams, ka tā kvantu griešanās vērtība būs 2.
- Bosonic Superpartners - Saskaņā ar supersimetrijas teoriju katram fermionam būtu līdz šim neatklāts bozoniskais līdzinājums. Tā kā ir 12 pamata fermioni, tas liek domāt, ka - ja supersimetrija ir patiesa - ir vēl 12 pamata bozoni, kas vēl nav atklāti, domājams, tāpēc, ka tie ir ļoti nestabili un ir sadalījušies citas formas.
Saliktie bosoni
Daži bozoni veidojas, kad divas vai vairākas daļiņas apvienojas, lai izveidotu daļiņu, kurai ir vesels skaitlis, piemēram:
- Mesons - Mezoni veidojas, kad divi kvarki saista kopā. Tā kā kvarki ir fermioni un tiem ir veseli skaitļi, kuru griezieni ir veseli, ja divi no tiem ir savienoti kopā, tad spin iegūtās daļiņas (kas ir atsevišķu griezienu summa) būtu vesels skaitlis, padarot to a bozons.
- Hēlija-4 atoms - hēlija-4 atomā ir 2 protoni, 2 neitroni un 2 elektroni... un, ja jūs saskaitīsit visus šos griezienus, jūs katru reizi iegūsit veselu skaitli. Hēlijs-4 ir īpaši ievērības cienīgs, jo, atdzesējot līdz īpaši zemai temperatūrai, tas kļūst par superšķidrumu, padarot to par spožu Bose-Einšteina statistikas piemēru darbībā.
Ja sekojat matemātikai, jebkura saliktā daļiņa, kurā ir pāra skaits fermionu, būs bozons, jo vienmērīgs skaitlis, kas sastāv no veseliem veseliem skaitļiem, vienmēr tiks pievienots skaitlim.