בפיזיקת החלקיקים, א בוסון הוא סוג של חלקיק המציית לחוקים בסטטיסטיקה של בוס-איינשטיין. לבוזונים אלה יש גם א ספין קוונטי עם מכיל ערך שלם, כגון 0, 1, -1, -2, 2 וכו '. (לשם השוואה, ישנם סוגים אחרים של חלקיקים, הנקראים fermions, שיש להם ספין שלם שלם, כמו 1/2, -1/2, -3/2 וכן הלאה.)
מה כל כך מיוחד בבוסון?
בוזונים נקראים לעיתים חלקיקי כוח, מכיוון שזו הבוסונים השולטים באינטראקציה של כוחות פיזיים, כמו אלקטרומגנטיות ואולי אף כוח הכבידה עצמו.
השם בוזון מקורו בשמו של הפיזיקאי ההודי סטיאנדרה נאת בוס, פיזיקאי מבריק מה ראשית המאה העשרים שעבדו עם אלברט איינשטיין לפיתוח שיטת ניתוח שנקראה Bose-Einstein נתונים סטטיסטיים. במאמץ להבין היטב את החוק של פלאנק (משוואת שיווי המשקל התרמודינמיקה שיצאה מהעבודה של מקס פלאנק בנושא קרינת גוף שחור בעיה), Bose הציע לראשונה את השיטה במאמר משנת 1924 שניסה לנתח את התנהגות הפוטונים. הוא שלח את העיתון לאיינשטיין, שהצליח לפרסם אותו... ואז המשיך להרחיב את ההיגיון של בוס מעבר לפוטונים בלבד, אלא גם להחיל על חלקיקי חומר.
אחת ההשפעות הדרמטיות ביותר של סטטיסטיקת בוס-איינשטיין היא התחזית שבוזונים יכולים לחפוף ולהתקיים יחד עם בוזונים אחרים. לעומת זאת, פרציות אינן יכולות לעשות זאת מכיוון שהן עוקבות אחר
עקרון הרחקת פאולי (כימאים מתמקדים בעיקר באופן בו עקרון ההדרה של פאולי משפיע על התנהגות האלקטרונים במסלול סביב גרעין אטומי.) מכיוון שכך, פוטונים יכולים להפוך ל לייזר וחומר מסוים מסוגל ליצור את המצב האקזוטי של א בונד-איינשטיין עיבוי.בוסונים יסודיים
על פי המודל הסטנדרטי של פיזיקת הקוונטים, ישנם מספר בוזונים מהותיים, שאינם מורכבים מקטנים יותר חלקיקים. זה כולל את הבוזונים של מד הבסיס, החלקיקים המתווכים כוחות יסוד של הפיזיקה (פרט לכוח המשיכה, אליו נגיע עוד רגע). ארבעת הבוזונים של מד זה מסתובבים בסיבוב 1 ונצפו כולם בניסוי:
- פוטון - פוטונים, הידועים כחלקיק האור, נושאים את כל האנרגיה האלקטרומגנטית ופועלים כבוזון מד המתווך את כוח האינטראקציות האלקטרומגנטיות.
- גלון - גלואונים מתווכים את יחסי הגומלין של הכוח הגרעיני החזק, הנקשר זה לזה קווארקים כדי ליצור פרוטונים ו נויטרונים וגם מחזיק את הפרוטונים והנויטרונים יחד בתוך גרעין האטום.
- * בוסון - אחד משני הבוסים הבודדים המעורבים בתיווך הכוח הגרעיני החלש.
- ז בוסון - אחד משני הבוסים הבודדים המעורבים בתיווך הכוח הגרעיני החלש.
בנוסף לאמור לעיל, ישנם בוזונים מהותיים אחרים שחזו, אך ללא אישור ניסיוני ברור (עדיין):
- היגס בוסון - על פי הדגם הסטנדרטי, היגס בוסון הוא החלקיק שמוליד את כל המסה. ב- 4 ביולי, 2012, מדענים מכלל הדרדר קולידר הודיעו כי יש להם סיבה טובה להאמין שמצאו עדויות לביגס היגס. מחקר נוסף נמשך בניסיון להשיג מידע טוב יותר על תכונותיו המדויקות של החלקיק. לחזוי צפוי להיות ערך ספין קוונטי של 0, וזו הסיבה שהוא מסווג כבוזון.
- גרביטון הגרביטון הוא חלקיק תיאורטי שטרם התגלה בניסוי. מכיוון שהכוחות הבסיסיים האחרים - אלקטרומגנטיות, כוח גרעיני חזק וכוח גרעיני חלש - מוסברים כולם במונחים של בוזון מד שמתווך את הכוח, היה זה אך טבעי לנסות להשתמש באותו מנגנון כדי להסביר כוח משיכה. החלקיק התיאורטי שהתקבל הוא הגרביטון, שצפויים לערך ספין קוונטי של 2.
- שותפי-העל הבוסוניים - על פי תורת הסופר-סימטריה, לכל פרמיון יהיה מקביל בוזוני עד כה שלא זוהה. מכיוון שישנם 12 פרמיונים יסודיים, הדבר עשוי לרמוז שאם סופר-סימטריה נכונה - ישנם 12 נוספים בוזונים מהותיים שטרם התגלו, ככל הנראה מכיוון שהם מאוד לא יציבים ונרקמו לתוכם צורות אחרות.
בוסונים מורכבים
חלק מהבוזונים נוצרים כאשר שני חלקיקים או יותר מתחברים זה לזה ליצירת חלקיק ספין שלם, כמו:
- מזונים - מזונים נוצרים כאשר שני קווארקים קשורים זה לזה. מכיוון שקווארקים הם פרמיונים ויש להם ספינים שלמים במספרים שלמים, אם שניים מהם קשורים זה לזה, אז הסחרור של החלקיק המתקבל (שהוא סכום הספינים הבודדים) יהיה מספר שלם, מה שהופך אותו ל בוסון.
- אטום הליום -4 - אטום הליום -4 מכיל 2 פרוטונים, 2 נויטרונים ו -2 אלקטרונים... ואם תוסיף את כל הספינים האלה, אתה בסופו של דבר עם מספר שלם בכל פעם. הליום -4 ראוי לציון במיוחד מכיוון שהוא הופך להיות נוזל מיותר כאשר הוא מקורר לטמפרטורות נמוכות במיוחד, מה שהופך אותו לדוגמא מבריקה לסטטיסטיקה של בוס איינשטיין בפעולה.
אם אתה עוקב אחר המתמטיקה, כל חלקיק מורכב שמכיל מספר שווה של פרמיונים הולך להיות בוזון, מכיוון שמספר שווה של מספרים שלמים במלואם יתחיל תמיד להוסיף מספר שלם.