Русская Википедия:Бозон
Шаблон:Другие значения Шаблон:Информация о частице Бозо́н — частица или квазичастица с целым значением спина (собственного момента импульса), выраженного в единицах постоянной Дирака <math>\hbar</math>[1]. Бозоны, в отличие от фермионов, подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна, которая допускает, чтобы в одном квантовом состоянии могло находиться неограниченное количество одинаковых частиц[2].
Бозоны получили название по фамилии индийского физика Шатьендраната Бозе[3][4] по предложению Поля Дирака[5].
Системы из двух и более одинаковых бозонов описываются чётными относительно перестановок частиц волновыми функциями: <math>\psi(1, 2, ..., i, ..., j, ..., n) = +\psi(1, 2, ..., j, ..., i, ..., n)</math> для любых двух частиц <math>i</math> и <math>j</math>.
Различают элементарные (фундаментальные) бозоны и составные.
Элементарные бозоны
Большинство элементарных бозонов являются квантами калибровочных полей, при помощи которых осуществляется взаимодействие элементарных фермионов (лептонов и кварков) в Стандартной модели. К таким калибровочным бозонам относят:
- фотон (электромагнитное взаимодействие),
- глюон (сильное взаимодействие)
- [[W- и Z-бозоны|Шаблон:Math- и Шаблон:Math-бозоны]] (слабое взаимодействие).
Кроме этого, к элементарным бозонам относят бозон Хиггса, ответственный за механизм появления масс в электрослабой теории, и не обнаруженный до настоящего времени гравитон (гравитационное взаимодействие).
Все элементарные бозоны, за исключением Шаблон:Math-бозонов, не имеют электрического заряда. Глюоны электрически нейтральны, но несут цветовой заряд.
Шаблон:Math- и Шаблон:Math-бозоны по отношению друг к другу выступают как античастицы.
Калибровочные бозоны (фотон, глюон, Шаблон:Math- и Шаблон:Math-бозоны) имеют единичный спин, бозон Хиггса несёт нулевой спин, гипотетический гравитон имеет спин 2. Шаблон:Таблица элементарных частиц
Свойства фундаментальных бозонов
| Название | Заряд ([[элементарный заряд|Шаблон:Math]]) | Спин | Масса (ГэВ) | Переносимое взаимодействие |
| Фотон | 0 | 1 | 0 | Электромагнитное взаимодействие |
| [[W-бозон|Шаблон:Math]] | ±1 | 1 | 80,4 | Слабое взаимодействие |
| [[Z-бозон|Шаблон:Math]] | 0 | 1 | 91,2 | Слабое взаимодействие |
| Глюон | 0 | 1 | 0 | Сильное взаимодействие |
| Бозон Хиггса | 0 | 0 | ≈125 | Поле Хиггса |
Составные бозоны
Квантовая система, состоящая из произвольного числа бозонов и чётного числа фермионов, сама является бозоном. Примеры: ядро с чётным массовым числом Шаблон:Math (поскольку нуклоны — протоны и нейтроны — являются фермионами, а массовое число равно суммарному числу нуклонов в ядре); атом или ион с чётной суммой числа электронов и массового числа ядра (поскольку электроны также являются фермионами, и общее количество фермионов в атоме/ионе равно сумме числа нуклонов в ядре и числа электронов в электронной оболочке). При этом орбитальные моменты импульса частиц, входящих в состав квантовой системы, не влияют на её классификацию как фермиона или бозона, поскольку все орбитальные моменты являются целыми, и их добавление в любой комбинации к суммарному целому спину системы не может превратить его в полуцелый (и наоборот). Система, содержащая нечётное число фермионов, сама является фермионом: её суммарный спин всегда полуцелый. Так, атом гелия-3, состоящий из двух протонов, нейтрона и двух электронов (в сумме пять фермионов) является фермионом, а атом лития-7 (три протона, четыре нейтрона, три электрона) является бозоном. Для нейтральных атомов число электронов совпадает с числом протонов, то есть сумма числа электронов и протонов всегда чётна, поэтому фактически классификация нейтрального атома как бозона/фермиона определяется чётным/нечётным числом нейтронов в его ядре.
В частности, к составным бозонам относятся многочисленные двухкварковые связанные состояния, называемые мезонами. Как и у любых систем из двух (и вообще чётного числа) фермионов, спин мезонов является целочисленным, и его значение, в принципе, не ограничено (0, 1, 2, 3, …).
Бозонные звёзды
Шаблон:Main Бозонная звезда — гипотетический астрономический объект, состоящий из бозонов (в отличие от обычных звёзд, состоящих преимущественно из фермионов — электронов и нуклонов). Для того, чтобы подобный тип звёзд мог существовать, должны существовать стабильные бозоны, обладающие малой массой (например, аксионы — гипотетические лёгкие частицы, рассматривающиеся как один из кандидатов на роль составляющих тёмной материи)[6][7].
Квазичастицы
Квазичастицы, описываемые как кванты коллективных возбуждений в многочастичных системах (например, в конденсированных средах), также могут нести спин и классифицироваться как бозоны и фермионы. В частности, бозонами являются фононы («кванты звука»), магноны (кванты спиновых волн в магнетиках), ротоны (возбуждения в сверхтекучем гелии-4).
Примечания
- ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>; для сносокautogenerated1не указан текст - ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite news
- ↑ Шаблон:Cite news
- ↑ Санюк В. И., Суханов А. Д. Дирак в физике XX века. С. 982—983.
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
Шаблон:Выбор языка Шаблон:Частицы
