W fizyce cząstek bozony ( ang. boson od nazwiska fizyka Satyendra Bose ), są cząstkami posiadającymi spin całkowity. Większość bozonów to cząstki złożone, jednakże 12 z nich (tak zwane bozony cechowania ) są cząstkami elementarnymi , niezłożonymi z mniejszych cząstek (cząstki fundamentalne).

Właściwości bozonów

Każda cząstka jest bozonem lub fermionem , zależnie od posiadanego spinu - twierdzenie statystyki spinowej narzuca wynikającą z niego statystykę kwantową, która odróżnia fermiony od bozonów. Zgodnie z Modelem Standardowym fermiony są cząstkami elementarnymi " materii ", natomiast bozony przenoszą oddziaływania.

W związku ze spinem całkowitym, nieoddziałujące bozony podlegają statystyce Bosego–Einsteina . Jedną z jej konsekwencji jest istnienie kondensatu Bosego–Einsteina , „piątego” stanu skupienia materii , w którym dowolna liczba bozonów może dzielić ten sam stan kwantowy. Kondensat Bosego-Einsteina nie ma jak dotąd żadnego praktycznego zastosowania. Pozwala natomiast na obserwowanie efektów kwantowych w skali makroskopowej np. poprzez swobodny spadek kondensatu w ziemskim polu grawitacyjnym można eksperymentalnie pokazać zasadę nieoznaczoności Heisenberga .

Oddziaływania wirtualnych bozonów z rzeczywistymi fermionami nazywamy oddziaływaniami podstawowymi . Zachowanie pędu w tych oddziaływaniach objawia się matematycznie we wszystkich znanych siłach. Bozony uczestniczące w tych oddziaływaniach nazywamy bozonami cechowania . Są to:

• dwa bozony W i jeden Z ( oddziaływanie słabe )
• osiem gluonów ( oddziaływanie silne )
• foton ( oddziaływanie elektromagnetyczne )
• hipotetyczny grawiton pośredniczący w grawitacji .

Cząstki złożone z kilku innych cząstek (tak jak protony lub neutrony ) mogą być zarówno fermionami i bozonami, zależnie od ich całkowitego spinu. Z tego powodu wiele jąder atomowych jest bozonami. Pomimo tego, że cząstki tworzące jądra, t.j. proton, neutron, a także krążące wokół jądra elektrony, są fermionami, możliwe jest by jeden pierwiastek (na przykład hel ) miał izotopy będące fermionami (n.p. ³He) i inne będące bozonami (n.p. ⁴He). (³He) jest złożony z jednego neutronu i dwóch protonów [PNP]. Podobnie deuter (²H), złożony z jednego protonu i jednego neutronu [NP] jest bozonem, podczas gdy tryt (³H), który jest złożony z dwóch neutronów i jednego protonu [NPN] jest fermionem.

Różnica pomiędzy statystykami bozonów i fermionów istnieje wyłącznie przy dużych gęstościach – kiedy ich funkcje zachodzą na siebie. W niskich gęstościach, obydwie statystyki redukują się do statystyki Maxwella-Boltzmanna , więc zarówno bozony i fermiony zachowują się jak cząsteczki klasyczne.

Przykłady bozonów

• każda cząstka o spinie całkowitym
• jądra deuteru
• atomy helu -4
• atomy sodu -23
• fotony , przenoszące oddziaływania elektromagnetyczne
• bozony W i Z , przenoszące oddziaływania słabe
• gluony
• fonony
• bozony Higgsa

Zobacz też

• anyon