Boson (fizică)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În fizică , bosonii , numiți după fizicianul Satyendranath Bose , sunt particulele care respectă statisticile Bose-Einstein și, conform teoremei spin-statistice , au deci spin întreg (0,1,2 etc.). [1]

Sunt cu fermioni una dintre cele două familii fundamentale în care sunt împărțite particulele. În timp ce fermionii, care au un spin pe jumătate întreg (de exemplu 1/2), respectă principiul excluderii Pauli (conform căruia o singură stare cuantică nu poate fi ocupată de mai multe particule), bosonii sunt liberi să se înghesuie într-un număr mare de aceiași starea cuantică. [2] Lumina laser este un caz specific legat de fotoni .

Toate particulele elementare care mediază forțele fundamentale sunt bosoni ( bosoni gauge ). Toate particulele compuse care conțin un număr par de fermioni sunt bosoni.

Bosoni și simetrie

Proprietatea de a respecta sau nu principiul excluderii Pauli se traduce matematic prin faptul că bosonii urmează statistica Bose-Einstein în timp ce fermionii urmează statistica Fermi-Dirac . Consecința este că proprietățile simetriei sub schimbul a două particule prezentate de bosoni și fermioni sunt diferite: un sistem compus din particule identice din clasa bosonică este întotdeauna într-o stare globală complet simetrică sub schimbul a două particule. În schimb, un sistem compus din fermioni identici este întotdeauna într-o stare antisimetrică sub schimbul a doi fermioni.

Rotirea bosonilor

Teorema spin statistică demonstrează o legătură între spinul particulelor și statistica se supun, afirmând că full- particulele de spin sunt în mod necesar bozoni, în timp ce jumătățile full - particule de spin sunt în mod necesar fermioni. Bosonii spin zero sunt bosoni scalari, iar bosonii spin 1 sunt bosoni vectoriali . Începând cu 2021, s-au observat numai bosoni scalari și bosoni vectoriali.

Bosonii din fizica subnucleară

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: fizica subnucleară .
Particulele elementare ale modelului standard : bosonii ocupă ultima coloană

În fizica particulelor , bosonii sunt împărțiți în bosoni ecartamentali , particule elementare care mediază forța și mezoni , care sunt particule instabile compuse dintr-o pereche de quark și antiquark . Particulele compuse dintr-un număr mai mare de particule elementare (cum ar fi protoni și neutroni ) și nuclee atomice se pot comporta ca bosoni sau fermioni în funcție de rotirea lor totală sau, respectiv, numărul par sau impar de fermioni elementari constituenți.

Cele patru interacțiuni fundamentale ale naturii sunt mediate de bosoni gauge, adică efectul forței este explicat ca schimbul de bosoni medianți între două corpuri:

  • electromagnetismul este mediat de fotoni , bosoni de spin egali cu 1 fără sarcină sau masă;
  • interacțiunea slabă este mediată de bosonii W și Z , cu spin egal cu 1, a căror sarcină este unitară pentru W (+1 sau -1) în timp ce Z sunt lipsiți de sarcină. IW posedă o masă de odihnă 81 GeV în timp ce bosonul Z are o masă de repaus de 93 GeV .
  • interacțiunea puternică este mediată de gluoni , bosoni de spin egali cu 1 fără sarcină electrică sau masă;
  • gravitația este mediată, conform unor teorii, de gravitații , bosonii de spin egali cu 2 cu sarcină și masă zero; însă existența lor este doar ipotetică și nu a fost încă dovedită.

Aceste particule sunt cuantele interacțiunilor fundamentale, identificându-se cu interacțiunea în sine, care, prin urmare, apare pentru cantități discrete. În timp ce radiația electromagnetică , interacțiunea reprezentată de fotoni, este o experiență zilnică pentru oricine, observarea bosonilor W și Z (produși în acceleratorii de particule, de exemplu) este posibilă prin reconstrucția masei lor invariante (constantă pentru fiecare viteză). , unde este este viteza luminii și coincidentă numeric cu masa în repaus ). Există și mai multe dovezi indirecte ale existenței gluonilor, în timp ce gravitonul este încă o particulă ipotetică. De fapt, interacțiunea gravitațională nu a fost încă „cuantificată” și existența și natura cuantice relative, de fapt gravitonul, sunt încă studiate.

Bosoni în fizica materiei

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Fizica materiei .

Exemple de bosoni în fizica materiei sunt atomii lichizi de heliu , perechile Cooper , fononii și excitonii .

Caracteristica bosonilor prezisă de statisticile Bose-Einstein, de a putea fi numeroși în aceeași stare cuantică, duce la manifestarea unor fenomene senzaționale precum condensarea Bose-Einstein . Un condensat Bose-Einstein este o stare particulară a materiei în care toate particulele sunt limitate la aceeași stare cuantică. Această proprietate se manifestă în materie cu unele fenomene precum superfluiditatea izotopului 4 al heliului și conductivitatea perfectă a supraconductoarelor . [3]

Notă

  1. ^ (EN) Nicola Manini, Introducere în fizica materiei, Springer, 2014, ISBN 978-3-319-14381-1 . p.38
  2. ^ David J. Griffiths, Introducere în mecanica cuantică , Editura Ambrosiana, 2015, ISBN 978-88-08-08747-8 .
  3. ^ (EN) John J. Brehm, William J. Mullins,Introducere în structura materiei: un curs de fizică modernă , John Wiley & Sons Inc, 1988, 1989, ISBN 978-047-160531-7 . cap. 13

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 14140 · LCCN (EN) sh85015918 · GND (DE) 4146396-1 · BNF (FR) cb121385414 (data)
Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica