Bosoni

bosoni
Yhdiste Voi olla perushiukkanen , alkuainehiukkanen , kvasihiukkanen tai komposiitti
Luokitus Katso luettelo bosoneista
Osallistuu vuorovaikutukseen Painovoima [1] (yleinen)
Kenen tai minkä mukaan on nimetty Bose Shatyendranath
kvanttiluvut
Pyöritä Kokonaisluku [2] ħ
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Bosoni  on hiukkanen tai kvasihiukkanen , jonka spinin kokonaislukuarvo (sisäinen kulmamomentti ) ilmaistaan ​​Diracin vakion yksiköissä [2] . Bosonit, toisin kuin fermionit , noudattavat Bose-Einsteinin tilastoja , jotka sallivat rajoittamattoman määrän identtisiä hiukkasia olla yhdessä kvanttitilassa [3] .

Bosonit nimettiin intialaisen fyysikon Sh. Bosen mukaan [4] [5] . Termiä "bosoni" ehdotti Paul Dirac [6] .

Kahden tai useamman identtisen bosonin järjestelmät kuvataan aaltofunktioilla , jotka ovat parillisia hiukkasten permutaatioiden suhteen : mille tahansa kahdelle hiukkaselle i ja j .

On olemassa alkeellisia (fundamentaalisia) bosoneja ja komposiittibosoneja.

Alkuainebosonit

Useimmat alkeisbosonit ovat mittakenttien kvantteja, joiden kautta alkeisfermionit ( leptonit ja kvarkit ) ovat vuorovaikutuksessa standardimallissa . Näitä mittausbosoneja ovat:

Lisäksi alkeisbosoneihin kuuluvat Higgsin bosoni , joka vastaa massojen esiintymismekanismista sähköheikon teoriassa , sekä gravitoni ( gravitaatiovuorovaikutus ) , jota ei ole vielä löydetty .

Kaikilla alkeisbosoneilla, lukuun ottamatta W ± -bosoneja, ei ole sähkövarausta. Gluonit ovat sähköisesti neutraaleja, mutta niissä on värivaraus.

W + - ja W - bosonit toimivat toistensa suhteen antihiukkasina .

Mittaribosonien (fotoni, gluoni, W ± - ja Z - bosonit) spin on yksikköspin, Higgsin bosonin  spin on nolla, hypoteettisen gravitonin spin on 2.

Perusbosonien ominaisuudet

Nimi Maksu ( e ) Pyöritä Massa ( GeV ) Kannettava vuorovaikutus
Fotoni 0 yksi 0 Sähkömagneettinen vuorovaikutus
W ± ±1 yksi 80.4 Heikko vuorovaikutus
Z0 _ 0 yksi 91.2 Heikko vuorovaikutus
Gluon 0 yksi 0 Vahva vuorovaikutus
Higgsin bosoni 0 0 ≈125 Higgsin kenttä


Komposiittibosonit

Kvanttijärjestelmä, joka koostuu mielivaltaisesta määrästä bosoneja ja parillisesta määrästä fermioneja, on itse bosoni. Esimerkkejä: ydin , jonka massaluku on parillinen A (koska nukleonit  - protonit ja neutronit  - ovat fermioneja ja massaluku on yhtä suuri kuin ytimessä olevien nukleonien kokonaismäärä); atomi tai ioni, jolla on parillinen summa elektronien lukumäärästä ja ytimen massaluvusta (koska elektronit ovat myös fermioneja ja fermionien kokonaismäärä atomissa/ionissa on yhtä suuri kuin nukleonien lukumäärän summa ydin ja elektronien lukumäärä elektronikuoressa). Samaan aikaan kvanttijärjestelmän muodostavien hiukkasten kiertoliikemäärä ei vaikuta sen luokitteluun fermioniksi tai bosoniksi, koska kaikki kiertoratamomentit ovat kokonaislukuja, eikä niiden lisääminen mihin tahansa yhdistelmään järjestelmän kokonaislukuspiniin. muuta se puolikokonaisluvuksi (ja päinvastoin). Parittoman määrän fermioneja sisältävä järjestelmä on itse fermion: sen kokonaisspin on aina puolikokonaisluku. Joten helium-3- atomi , joka koostuu kahdesta protonista, neutronista ja kahdesta elektronista (yhteensä viisi fermionia), on fermion ja litium-7- atomi (kolme protonia, neljä neutronia, kolme elektronia) on bosoni. Neutraaleilla atomeilla elektronien lukumäärä on sama kuin protonien lukumäärä, eli elektronien ja protonien lukumäärän summa on aina parillinen, joten itse asiassa neutraalin atomin luokittelu bosoniksi/fermioniksi määräytyy sen ytimessä olevien neutronien parillinen/pariton määrä.

Erityisesti yhdistebosoneihin kuuluu lukuisia kaksikvarkkiin sitoutuneita tiloja, joita kutsutaan mesoneiksi . Kuten missä tahansa kahden (ja yleensä parillisen lukumäärän) fermionin järjestelmässä, mesonin spin on kokonaisluku, eikä sen arvoa periaatteessa ole rajoitettu (0, 1, 2, 3, ...).

Bosonin tähdet

Bosoninen tähti on hypoteettinen tähtitieteellinen kohde , joka koostuu bosoneista (toisin kuin tavalliset tähdet , jotka koostuvat pääasiassa fermioneista  - elektroneista ja nukleoneista ). Tällaisten tähtien olemassaolo edellyttää stabiileja bosoneja, joilla on pieni massa (esimerkiksi aksionit  ovat hypoteettisia valohiukkasia, joita pidetään yhtenä ehdokkaista pimeän aineen komponenttien rooliin ) [7] [8] .

Kvasihiukkaset

Kvasihiukkaset, joita kuvataan kollektiivisiksi virityskavanteiksi monihiukkasjärjestelmissä (kuten kondensoitunut aine ), voivat myös kuljettaa spiniä, ja ne luokitellaan bosoneiksi ja fermioneiksi. Erityisesti bosonit ovat fononeja ("äänikvantit"), magnoneja (spin-aaltojen kvantteja magneeteissa), rotoneja (viritteitä superfluidissa helium-4:ssä).

Muistiinpanot

  1. ↑ Hämmästyttävä maailma atomiytimen sisällä. Kysymyksiä luennon jälkeen Arkistoitu 15. heinäkuuta 2015 the Wayback Machine , FIAN, 11. syyskuuta 2007
  2. ↑ 1 2 Atomiytimen fysiikka. Johdanto . msu.ru. _ Haettu 21. huhtikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 9. toukokuuta 2017.
  3. ↑ Onko alkuainehiukkasten maailmassa supersymmetriaa? . postnauka.ru . Haettu 21. huhtikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 2. heinäkuuta 2014.
  4. ↑ Daigle, Katy . Intia: Riittää Higgsistä, keskustellaan bosonista  (10. heinäkuuta 2012). Arkistoitu alkuperäisestä 16. maaliskuuta 2019. Haettu 22.4.2020.
  5. ↑ Bal, Hartosh Singh . The Bose in the Boson , The New York Times -blogi  (19. syyskuuta 2012). Arkistoitu alkuperäisestä 22. syyskuuta 2012. Haettu 21.9.2012.
  6. ↑ Sanyuk V.I., Sukhanov A.D. Dirac 1900-luvun fysiikassa. s. 982-983.
  7. ↑ Madsen, Mark S.; Liddle, Andrew R. Bosonitähtien  kosmologinen muodostuminen  // Physics Letters B : päiväkirja. - 1990. - Voi. 251 , nro. 4 . - doi : 10.1016/0370-2693(90)90788-8 .
  8. ↑ Torres, Diego F.; Capozziello, S.; Lambiase, G. Supermassiivinen bosonitähti galaktisessa keskustassa? (englanniksi)  // Physical Review D  : Journal. - 2000. - Voi. 62 , nro. 10 . - doi : 10.1103/PhysRevD.62.104012 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa