Definition eines Boson-Partikels

In der Teilchenphysik a Boson ist eine Art von Teilchen, die den Regeln der Bose-Einstein-Statistik folgt. Diese Bosonen haben auch eine Quantenspin with enthält einen ganzzahligen Wert, z. B. 0, 1, -1, -2, 2 usw. (Im Vergleich dazu gibt es andere Arten von Partikeln, die genannt werden Fermionen, die einen halben ganzzahligen Spin haben, wie 1/2, -1/2, -3/2 und so weiter.)

Bosonen werden manchmal als Kraftteilchen bezeichnet, weil es die Bosonen sind, die das Zusammenspiel physikalischer Kräfte wie Elektromagnetismus und möglicherweise sogar die Schwerkraft selbst steuern.

Der Name Boson stammt vom Nachnamen des indischen Physikers Satyendra Nath Bose, eines brillanten Physikers aus der Anfang des 20. Jahrhunderts, der mit Albert Einstein zusammenarbeitete, um eine Analysemethode namens Bose-Einstein zu entwickeln Statistiken. In dem Bestreben, das Plancksche Gesetz vollständig zu verstehen (die thermodynamische Gleichgewichtsgleichung, die aus Max Plancks Arbeit an der

Eine der dramatischsten Auswirkungen der Bose-Einstein-Statistik ist die Vorhersage, dass sich Bosonen überlappen und mit anderen Bosonen koexistieren können. Fermionen hingegen können dies nicht, weil sie dem folgen Pauli-Ausschlussprinzip (Chemiker konzentrieren sich hauptsächlich auf die Art und Weise, wie das Pauli-Ausschlussprinzip das Verhalten von Elektronen in der Umlaufbahn um einen Atomkern beeinflusst.) Aus diesem Grund können Photonen a werden Laser- und einige Materie kann den exotischen Zustand von a bilden Bose-Einstein-Kondensat.

Nach dem Standardmodell der Quantenphysik gibt es eine Reihe grundlegender Bosonen, die nicht aus kleineren bestehen Partikel. Dies schließt die Grundmessbosonen ein, die Partikel, die das vermitteln Grundkräfte der Physik (Mit Ausnahme der Schwerkraft, auf die wir gleich noch eingehen werden). Diese vier Gauge-Bosonen haben Spin 1 und wurden alle experimentell beobachtet:

• Photon - Als Lichtteilchen bekannt, tragen Photonen die gesamte elektromagnetische Energie und fungieren als Messboson, das die Kraft elektromagnetischer Wechselwirkungen vermittelt.
• Gluon - Gluonen vermitteln die Wechselwirkungen der starken Kernkraft, die sich zusammenhält Quarks Formen Protonen und Neutronen und hält auch die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammen.
• W Boson - Einer der zwei Gauge-Bosonen, die an der Vermittlung der schwachen Atomkraft beteiligt sind.
• Z Boson - Einer der zwei Gauge-Bosonen, die an der Vermittlung der schwachen Atomkraft beteiligt sind.

Darüber hinaus werden weitere fundamentale Bosonen vorhergesagt, jedoch (noch) nicht eindeutig experimentell bestätigt:

• Higgs Boson - Nach dem Standardmodell ist das Higgs-Boson das Teilchen, aus dem alle Massen entstehen. Am 4. Juli 2012 gaben Wissenschaftler des Large Hadron Collider bekannt, dass sie guten Grund zu der Annahme hatten, Beweise für das Higgs-Boson gefunden zu haben. Weitere Forschungen werden durchgeführt, um bessere Informationen über die genauen Eigenschaften des Partikels zu erhalten. Es wird vorausgesagt, dass das Teilchen einen Quantenspinwert von 0 hat, weshalb es als Boson klassifiziert wird.
• Graviton - Das Graviton ist ein theoretisches Teilchen, das noch nicht experimentell nachgewiesen wurde. Da die anderen fundamentalen Kräfte - Elektromagnetismus, starke Kernkraft und schwache Kernkraft - alle in erklärt werden In Bezug auf ein Messboson, das die Kraft vermittelt, war es nur natürlich, zu versuchen, denselben Mechanismus zur Erklärung zu verwenden Schwere. Das resultierende theoretische Teilchen ist das Graviton, für das ein Quantenspinwert von 2 vorhergesagt wird.
• Bosonische Superpartner - Nach der Theorie der Supersymmetrie hätte jede Fermion ein bislang unentdecktes bosonisches Gegenstück. Da es 12 fundamentale Fermionen gibt, würde dies darauf hindeuten, dass es - wenn Supersymmetrie wahr ist - weitere 12 gibt fundamentale Bosonen, die noch nicht entdeckt wurden, vermutlich weil sie sehr instabil sind und zerfallen sind andere Formen.

Einige Bosonen werden gebildet, wenn sich zwei oder mehr Teilchen zu einem Integer-Spin-Teilchen verbinden, wie z.

• Mesonen - Mesonen entstehen, wenn sich zwei Quarks verbinden. Da Quarks Fermionen sind und halbzahlige Spins haben, ist der Spin, wenn zwei von ihnen miteinander verbunden sind des resultierenden Teilchens (das die Summe der einzelnen Drehungen ist) wäre eine ganze Zahl, was es zu einer Boson.
• Helium-4-Atom - Ein Helium-4-Atom enthält 2 Protonen, 2 Neutronen und 2 Elektronen... und wenn Sie alle diese Drehungen addieren, erhalten Sie jedes Mal eine Ganzzahl. Helium-4 ist besonders bemerkenswert, da es beim Abkühlen auf extrem niedrige Temperaturen zu einem Superfluid wird, was es zu einem hervorragenden Beispiel für die Bose-Einstein-Statistik in Aktion macht.

Wenn Sie der Mathematik folgen, wird jedes zusammengesetzte Teilchen, das eine gerade Anzahl von Fermionen enthält, ein Boson sein, da eine gerade Anzahl von halben ganzen Zahlen immer zu einer ganzen Zahl addiert wird.