Definizione di una particella di bosone

Nella fisica delle particelle, a Higgs è un tipo di particella che obbedisce alle regole delle statistiche di Bose-Einstein. Questi bosoni hanno anche a spin quantico con contiene un valore intero, come 0, 1, -1, -2, 2, ecc. (In confronto, ci sono altri tipi di particelle, chiamate fermioni, che hanno una rotazione di mezzo intero, ad esempio 1/2, -1/2, -3/2 e così via.)

I bosoni sono talvolta chiamati particelle di forza, perché sono i bosoni che controllano l'interazione delle forze fisiche, come l'elettromagnetismo e forse anche la gravità stessa.

Il nome bosone deriva dal cognome del fisico indiano Satyendra Nath Bose, un brillante fisico del inizi del ventesimo secolo che ha lavorato con Albert Einstein per sviluppare un metodo di analisi chiamato Bose-Einstein statistiche. Nel tentativo di comprendere appieno la legge di Planck (l'equazione di equilibrio termodinamica emersa dal lavoro di Max Planck sul tema radiazione di corpo nero problema), Bose per primo propose il metodo in un documento del 1924 cercando di analizzare il comportamento dei fotoni. Ha inviato il documento a Einstein, che è stato in grado di farlo pubblicare... e poi ha continuato ad estendere il ragionamento di Bose oltre i semplici fotoni, ma anche ad applicare alle particelle di materia.

Uno degli effetti più drammatici delle statistiche di Bose-Einstein è la previsione che i bosoni possono sovrapporsi e coesistere con altri bosoni. I fermioni, d'altra parte, non possono farlo, perché seguono il Principio di esclusione di Pauli (i chimici si concentrano principalmente sul modo in cui il principio di esclusione di Pauli influisce sul comportamento degli elettroni in orbita attorno a un nucleo atomico.) Per questo motivo è possibile che i fotoni diventino un laser e un po 'di materia è in grado di formare lo stato esotico di a Condensa di Bose-Einstein.

Secondo il modello standard della fisica quantistica, ci sono un certo numero di bosoni fondamentali, che non sono costituiti da più piccoli particelle. Ciò include i bosoni di gauge di base, le particelle che mediano il forze fondamentali della fisica (ad eccezione della gravità, che ci arriveremo tra un momento). Questi bosoni a quattro calibri hanno spin 1 e sono stati tutti osservati sperimentalmente:

• Fotone - Conosciuta come la particella di luce, i fotoni trasportano tutta l'energia elettromagnetica e fungono da bosone di gauge che media la forza delle interazioni elettromagnetiche.
• gluone - I gluoni mediano le interazioni della forte forza nucleare, che si lega insieme quark per formare protoni e neutroni e tiene anche insieme i protoni e i neutroni all'interno del nucleo di un atomo.
• W Boson - Uno dei due bosoni di gauge coinvolti nella mediazione della debole forza nucleare.
• Z Boson - Uno dei due bosoni di gauge coinvolti nella mediazione della debole forza nucleare.

Oltre a quanto sopra, ci sono altri bosoni fondamentali previsti, ma senza una chiara conferma sperimentale (ancora):

• Bosone di Higgs - Secondo il modello standard, il bosone di Higgs è la particella che dà origine a tutta la massa. Il 4 luglio 2012, gli scienziati del Large Hadron Collider hanno annunciato di avere buone ragioni per credere di aver trovato prove del Bosone di Higgs. Ulteriori ricerche sono in corso nel tentativo di ottenere informazioni migliori sulle proprietà esatte della particella. Si prevede che la particella abbia un valore di spin quantico pari a 0, motivo per cui è classificata come un bosone.
• Graviton - Il gravitone è una particella teorica che non è stata ancora rilevata sperimentalmente. Poiché le altre forze fondamentali - elettromagnetismo, forza nucleare forte e forza nucleare debole - sono tutte spiegate in termini di un bosone di gauge che media la forza, era naturale tentare di usare lo stesso meccanismo per spiegare gravità. La particella teorica risultante è il gravitone, che si prevede abbia un valore di spin quantico di 2.
• Superpartner Bosonici - Secondo la teoria della supersimmetria, ogni fermione avrebbe una controparte bosonica finora inosservata. Poiché ci sono 12 fermioni fondamentali, ciò suggerirebbe che - se la supersimmetria è vera - ce ne sono altri 12 bosoni fondamentali che non sono ancora stati rilevati, presumibilmente perché sono altamente instabili e si sono decomposti altre forme.

Alcuni bosoni si formano quando due o più particelle si uniscono per creare una particella a rotazione intera, come ad esempio:

• mesoni - I mesoni si formano quando due quark si uniscono. Poiché i quark sono fermioni e hanno giri a mezzo numero intero, se due di essi sono legati insieme, quindi lo spin della particella risultante (che è la somma dei singoli giri) sarebbe un numero intero, rendendolo un Higgs.
• Atomo di elio-4 - Un atomo di elio-4 contiene 2 protoni, 2 neutroni e 2 elettroni... e se sommi tutti questi giri, finirai con un numero intero ogni volta. L'elio-4 è particolarmente degno di nota perché diventa un superfluo quando viene raffreddato a temperature bassissime, rendendolo un brillante esempio delle statistiche di Bose-Einstein in azione.

Se stai seguendo la matematica, qualsiasi particella composita che contiene un numero pari di fermioni sarà un bosone, perché un numero pari di mezzi interi si sommerà sempre a un numero intero.