Бозон
В физике элементарных бозон n ( / ˈ b oʊ z ɒ / частиц [1] / ˈ boʊ s ɒ n / [2] ) — субатомная частица которой , спиновое квантовое число имеет целое значение (0, 1, 2, ...). Бозоны образуют один из двух фундаментальных классов субатомных частиц, другой — фермионы , которые имеют нечетный полуцелый спин ( 1 ⁄ 2 , 3 ⁄ 2 , 5 ⁄ 2 , ...). Каждая наблюдаемая субатомная частица является либо бозоном, либо фермионом. Поль Дирак придумал название бозон» в память о вкладе физика Сатьендры Натха Боса индийского « .
Некоторые бозоны представляют собой элементарные частицы, играющие особую роль в физике элементарных частиц, отличную от роли фермионов (которые иногда называют составляющими «обычной материи»). Определенные элементарные бозоны (например, глюоны ) действуют как переносчики сил , которые порождают силы между другими частицами, в то время как один из них ( бозон Хиггса ) способствует явлению массы . Другие бозоны, такие как мезоны , представляют собой сложные частицы, состоящие из более мелких компонентов.
За пределами физики элементарных частиц несколько идентичных составных бозонов (в этом контексте иногда называемых « бозе-частицами ») ведут себя при высоких плотностях или низких температурах характерным образом, описываемым статистикой Бозе-Эйнштейна : например, газ из гелия-4. атомов становится сверхтекучим при температурах, близких к абсолютному нулю. Точно так же сверхпроводимость возникает потому, что некоторые квазичастицы , например куперовские пары , ведут себя таким же образом.
Имя
[ редактировать ]Название «бозон» придумал Поль Дирак. [3] [4] в ознаменование вклада Сатьендры Натха Боса , индийского физика. Когда Бозе был лектором (позже профессором) в Университете Дакки , Бенгалия (ныне Бангладеш ), [5] [6] он и Альберт Эйнштейн разработали теорию, характеризующую такие частицы, теперь известную как статистика Бозе-Эйнштейна и конденсат Бозе-Эйнштейна . [7]
Элементарные бозоны
[ редактировать ]| Стандартная модель физики элементарных частиц |
|---|
 |
Все наблюдаемые элементарные частицы являются либо бозонами (с целым спином), либо фермионами (с нечетным полуцелым спином). [8] Если элементарные частицы, составляющие обычную материю ( лептоны и кварки ), являются фермионами, то в физике элементарных частиц особую роль играют элементарные бозоны. Они действуют либо как переносчики сил , которые порождают силы между другими частицами, либо, в одном случае, порождают явление массы .
Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц существует пять элементарных бозонов:
- Один скалярный бозон (спин = 0)
ЧАС 0
Бозон Хиггса - частица, которая вносит вклад в явление массы посредством механизма Хиггса.
- Четыре векторных бозона (спин = 1), которые действуют как носители силы . Это калибровочные бозоны :
с
Фотон – носитель силы электромагнитного поля
г
Глюоны (восемь различных типов) – носители силы, которые опосредуют сильное взаимодействие.
С
Нейтральный слабый бозон - носитель силы, который обеспечивает слабое взаимодействие.
В ±
Заряженные слабые бозоны (два типа) – также носители силы, обеспечивающие слабое взаимодействие.
- Тензорный бозон второго порядка (спин = 2), называемый гравитоном (G), был предложен в качестве носителя силы гравитации , но до сих пор все попытки включить гравитацию в Стандартную модель потерпели неудачу. [а]
Составные бозоны
[ редактировать ]Сложные частицы (такие как адроны , ядра и атомы ) могут быть бозонами или фермионами в зависимости от их составляющих. Поскольку бозоны имеют целочисленный спин , а фермионы — нечетный полуцелый спин, любая составная частица, состоящая из четного числа фермионов, является бозоном.
К составным бозонам относятся:
- Все мезоны всех типов
- Стабильные ядра с четными массовыми числами, такие как дейтерий , гелий-4 ( альфа-частица ), [9] углерод-12 , свинец-208 и многие другие. [б]
Как квантовые частицы , поведение нескольких неразличимых бозонов при высоких плотностях описывается статистикой Бозе-Эйнштейна . Одной из характеристик, которая становится важной в сверхтекучести и других приложениях конденсатов Бозе-Эйнштейна, является отсутствие ограничений на количество бозонов, которые могут занимать одно и то же квантовое состояние . Как следствие, когда, например, газ атомов гелия-4 охлаждается до температур, очень близких к абсолютному нулю , и кинетическая энергия частиц становится незначительной, он конденсируется в низкоэнергетическое состояние и становится сверхтекучим .
квазичастицы
[ редактировать ]Некоторые квазичастицы , ведут себя как бозоны и следуют статистике Бозе-Эйнштейна , включая пары Купера , плазмоны и фононы . [10] : 130
См. также
[ редактировать ]- Анион - тип двумерной квазичастицы.
- Бозе-газ - состояние вещества многих бозонов.
- Парастатистика - понятие в статистической механике.
Пояснительные примечания
[ редактировать ]- ^ Несмотря на то, что гравитон является носителем гравитационной силы, которая взаимодействует с массой, большинство попыток квантовой гравитации предполагали, что гравитон не имеет массы, точно так же, как фотон не имеет электрического заряда, а W- и Z-бозоны не имеют «аромат» .
- ^ Нуклиды с четными массовыми числами включают 153/254 = . 60% всех стабильных нуклидов Они являются бозонами, т.е. имеют целый спин, и почти все из них (148 из 153) являются четно-протонными/четно-нейтронными (EE) нуклидами. Нуклиды EE обязательно имеют спин 0 из-за спаривания. Остальные 5 стабильных бозонных нуклидов представляют собой стабильные нуклиды с нечетным протоном / нечетным нейтроном (ОО) (см. Четные и нечетные атомные ядра § Нечетный протон, нечетный нейтрон ). Пять нечетно-нечетных бозонных нуклидов:
Каждый из пяти имеет целочисленный ненулевой спин.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «бозон» . Lexico Британский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 9 июля 2021 года.
- ^ Уэллс, Джон К. (1990). Словарь произношения Лонгмана . Харлоу, Англия: Лонгман. ISBN 978-0582053830 . запись "Бозон"
- ^ Заметки к лекции Дирака «Развитие атомной теории» во Дворце Декуверт, 6 декабря 1945 года . УКНАТАРЧИ Документы Дирака. BW83/2/257889.
- ^ Фармело, Грэм (25 августа 2009 г.). Самый странный человек: Скрытая жизнь Поля Дирака, мистика атома . Основные книги. п. 331. ИСБН 9780465019922 .
- ^ Дэйгл, Кэти (10 июля 2012 г.). «Индия: Хватит о Хиггсе, давайте обсудим бозон» . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 10 июля 2012 г.
- ^ Бал, Хартош Сингх (19 сентября 2012 г.). «Боз в бозоне» . Широта (блог). Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 22 сентября 2012 года . Проверено 21 сентября 2012 г.
- ^ «Бозон Хиггса: Поэзия субатомных частиц» . Новости Би-би-си . 4 июля 2012 года . Проверено 6 июля 2012 года .
- ^ Кэрролл, Шон (2007). Путеводитель . Темная материя, темная энергия: темная сторона Вселенной. Учебная компания. Часть 2, с. 43. ИСБН 978-1598033502 .
... бозон: частица, несущая силу, в отличие от частицы материи (фермиона). Бозоны можно наслаивать друг на друга без ограничений. Примерами являются фотоны, глюоны, гравитоны, слабые бозоны и бозон Хиггса. Спин бозона всегда является целым числом: 0, 1, 2 и так далее…
- ^ Каим, Сайед М.; Спан, Инго; Шолтен, Бернхард; Ноймайер, Бернд (8 июня 2016 г.). «Использование альфа-частиц, особенно в исследованиях ядерных реакций и производстве медицинских радионуклидов» . Радиохимика Акта . 104 (9): 601. doi : 10.1515/ract-2015-2566 . S2CID 56100709 . Проверено 22 мая 2021 г.
- ^ Пул, Чарльз П. младший (11 марта 2004 г.). Энциклопедический словарь по физике конденсированного состояния . Академическая пресса. ISBN 978-0-08-054523-3 .
