بوزون

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
مدل استاندارد ذرات بنیادی، به همراه بوزون‌ها در ستون آخر جدول

در فیزیک ذرات، بوزون‌ها (انگلیسی:Boson) ذرات زیراتمی هستند که از آمار بوز-اینشتین تبعیت می‌کنند و بر اساس نام ساتیندرا بوز نام گذاری شده‌اند. در مقابل آنها فرمیون‌ها هستند که از آمار فرمی-دیراک تبعیت می‌کنند. چندین بوزون می‌توانند حالت کوانتومی مشابهی را اشغال کنند، یعنی بوزون‌هایی با انرژی یکسان می‌توانند مکان مشابهی را در فضا اشغال نمایند.

بوزون‌ها ممکن است ساده و بنیادی باشند مثل فوتونها، یا مرکب باشند مثل مزونها. همه‌ی بوزون‌ها دارای اسپین صحیح هستند؛ بر خلاف فرمیون‌ها که دارای اسپین نیمه صحیح هستند. این با قضیه‌ی اسپین-آمار مطابقت دارد: در تئوری میدان کوانتوم نسبیتی ذرات با اسپین صحیح بوزون هستند و ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند. همه‌ی بوزون‌ها ذرات مرکب‌اند به جز ۵ ذره‌ی بنیادی که در مدل استاندارد ذرات آمده‌اند:

بوزون‌های مرکب در ابرشارگی و بعضی کاربردهای حالت چگالش بوز-انیشتین نقش دارند.

تعریف و ویژگی‌های اساسی[ویرایش]

بر اساس تعریف، بوزون‌ها ذراتی هستند که از آمار بوز انیشتین تبعیت می‌کنند. وقتی جای ۲ بوزون با هم عوض شود، تابع موج سیستم تغییری نمی‌کند در حالی که فرمیون‌ها از آمار فرمی-دیراک و اصل طرد پاولی تبعیت می‌کنند و وقتی جای دو فرمیون عوض شود، تابع موج سیستم منفی خواهد شد.

خصوصیات لیزرها و میزرها (تقویت امواج مایکرو ویو)، ابرشارگی هلیوم-۴ و حالت چگالش بوز-انیشتین، همگی از اثرات بوزون‌ها هستند.

نتیجه دیگر این است که طیف یک گاز فوتونی در تعادل گرمایی، به شکل طیف ماکسول خواهد بود، مثل طیف تابش جسم سیاه یا تابش زمینه‌ی کیهانی.

در همه‌ی نیروهایی که ما می‌شناسیم، فعل و انفعال‌های بوزون‌های مجازی وفرمیون‌های حقیقی دخیل هستند. بوزون‌هایی که در این تعامل‌ها شرکت می‌کنند، بوزون‌های پیمانه‌ای نامیده می‌شوند.

همهٔ ذرات مقدماتی که ما می‌شناسیم یا بوزون هستند یا فرمیون که بنا به اسپین آنها: ذرات با اسپین نیمه صحیح را فرمیون و ذرات با اسپین صحیح بوزون‌ها هستند. در مکانیک کوانتومی این مشاهده کاملاً تجربی است در حالی که در مکانیک کوانتوم نسبیتی بنا به قضیه‌ی اسپین-آمار، ذرات با اسپین نیمه صحیح نمی‌توانند بوزون و ذرات با اسپین صحیح نمی‌توانند فرمیون باشند.

در سیستم‌های بزرگ تفاوت میان آمار بوزونی و فرمیونی فقط در غلظت‌های بالا معلوم می‌شود. در غلظت‌های پایین، هر دو سیستم با دقت خوبی از توزیع ماکسول-بولتزمان پیروی می‌کنند.

بوزون‌های بنیادی[ویرایش]

همه ذرات بنیادی یا بوزون هستند یا فرمیون. بوزون‌های ساده یا بنیادی مشاهده شده، بوزون‌های پیمانه‌ای هستند مثل فوتون‌ها و بوزون‌های w، zو گلوئون.

در آخر، بسیاری از رویکردهای گرانش کوانتومی، حامل نیرویی برای گرانش در نظر می‌گیرند به نام گراویتون (graviton) که یک بوزون با اسپین ۲ است. وجود این ذره هنوز اثبات نشده است.

بوزون‌های مرکب[ویرایش]

ذرات مرکب مثل هسته و اتم می‌توانند بوزون یا فرمیون باشند، که بستگی به ترکیبات آنها دارد. به طور دقیق به دلیل رابطه میان آمار و اسپین، ذراتی که تعداد زوجی از فرمیون‌ها را حمل می‌کند یک بوزون هستند تا وقتی که اسپین صحیح دارند.

مثال‌های دیگر شامل موارد زیر است:

  • یک مزون که شامل ۲ فرمیون کوارک است یک بوزون است.
  • هسته اتم کربن-۱۲ که شامل ۶ پروتون و ۶ نوترون است، یک بوزون است.
  • اتم هلیوم-۴ که تشکیل شده از ۲ پروتون و ۲نوترون و۲ الکترون، یک بوزون است.

تعدادی از بوزون‌ها از ذرات مرکب تشکیل شده‌اند مثلاً از ذرات ساده که پتانسیل محدودی دارند و این که یک بوزون باشد یا فرمیون تأثیری ندارد.

منابع[ویرایش]

  • Sakurai, J. J. (1967). Advanced Quantum Mechanics. Addison Wesley. ISBN 0-201-06710-2
  • Srednicki, Mark (2007). Quantum Field Theory, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-86449-7
  • en.wikipedia.com