بوزون

بوزون (انگلیسی:Boson)،

مدل استاندارد ذرات بنیادی، به همراه بوزون ها در ستون آخر جدول

در فیزیک ذرات بوزون‌ها ذرات زیر اتمی هستند که از آمار بوز-اینشتین تبعیت میکنند.بوزون‌ها بر اساس نام ساتیندرا بوز و آلبرت اینشتین نام گذاری شده اند .در مقابل انها فرمیون‌ها هستند که از امار فرمی-دیراک تبعیت میکنند. چندین بوزون میتوانند حالت کوانتومی مشابهی را اشغال کنند، بنا براین بوزون هایی با انرژی یکسان میتوانند مکان مشابهی را در فضا اشغال نمایند. بنابراین بوزون‌ها اغلب ذراتی هستند که حاملین نیرو هستند در حالیکه فرمیون‌ها معمولاً بخش اصلی ماده می باشند .

بوزون‌ها ممکن است ساده و مقدماتی باشند مثل فوتون ها یا مرکب باشند مثل مزون ها . همهٔ بوزون ها دارای اسپین صحیح هستند؛ بر خلاف فرمیون ها که دارای اسپین نیمه صحیح هستند .این مطابق است با قضیه اسپین-آمار که به این صورت بیان میشود :در تئوری میدان کوانتوم نسبیتی ذرات با اسپین صحیح بوزون هستند و ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند. بیشتر بوزون‌ها ذرات مرکب هستند. در مدل استاندارد 5 بوزون وجود دارد که مقدماتی هستند :

• 4 بوزون شاخص
  • (γ • g • W± • Z)
• 1 بوزون هیگز
  • (H0)

بر خلاف بوزون‌های شاخص، بوزون‌های هیگز هنوز به طور تجربی مشاهده نشده اند. بوزون‌های مرکب در ابر شارگی و بعضی کاربردهای حالت چگالیدهٔ بوز-انیشتین مهم هستند .

تعریف و ویژگی‌های اساسی

بر اساس تعریف، بوزون‌ها ذراتی هستند که از آمار بوز انیشتین تبعیت میکنند. وقتی جای 2 بوزون با هم عوض میشود, تابع موج سیستم تغییری نمیکند در حالیکه فرمیون‌ها از آمار فرمی-دیراک و اصل طرد پاولی تبعیت میکنند.

خصوصیات لیزرها و میزرها(تقویت امواج میکرو ویو), ابر شاره هلیوم-4 و حالت چگالیدهٔ بوز-انیشتین، همگی از اثرات بوزون‌ها هستند.

نتیجه دیگر این است که اسپکتروم یک فوتونگازی شکل، در تعادل دما، پلانک-اسپکتروم نامیده میشود. مثل تابش جسم سیاه یا تابش زمینه کیهانی.

در همه نیروهایی که ما می شناسیم، فعل وانفعال‌های بوزون‌های مجازی وفرمیون‌ها ی حقیقی تعامل اساسی نامیده میشود. بوزون هایی که در این تعامل‌ها شرکت میکنند, بوزون‌های پیمانه ای 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 کوانتوم مکانیکی این مشاهده کاملا تجربی است در حالیکه در کوانتوم نسبیتی بنا به قضیه اسپین-آمار، ذرات با اسپین نیمه صحیح نمی توانند بوزون و ذرات با اسپین صحیح نمی توانند فرمیون باشند.

در سیستم‌های بزرگ تفاوت میان تعداد بوزون‌ها و فرمیون‌ها فقط در غلظت‌های بالا معلوم میشود.

بوزون‌های مقدماتی

همه ذرات بنیادی یا بوزون هستند یا فرمیون . بوزون‌های ساده یا مقدماتی مشاهده شده، بوزون‌های پیمانه ای هستند مثل فوتون‌ها و بوزون‌های w , zو gluons .

• فوتون‌ها حامل نیروی میدان مغناطیسی هستند.
• بوزون هایz w، حامل نیروهای ضعیف هسته ای هستند.
• Gluons حامل نیروی بنیادین (نیروی قوی هسته ای) هستند.

در آخر، بسیاری از رویکردهای گرانش کوانتومی نیرویی برای گرانش در نظر می گیرد به نام graviton که یک بوزون با اسپین 2 است .

بوزون‌های مرکب

ذرات مرکب مثل هسته و اتم می توانند بوزون یا فرمیون باشند، که بستگی به ترکیبات آنها دارد به طور دقیق به دلیل رابطه میان تعداد 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 2 فرمیون کوارک است یک بوزون است.
• هسته اتم کربن-12 که شامل 6 پروتون و 6 نوترون است، یک بوزون است.
• اتم هلیوم-4 که تشکیل شده از 2 پروتون و 2نوترون و2 الکترون، یک بوزون است .

تعدادی از بوزون‌ها از ذرات مرکب تشکیل شده اند مثلا از ذرات ساده که پتانسیل محدودی دارند و این که یک بوزون باشد یا فرمیون تاثیری ندارد.

منابع

• 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