Bozón

Štandardný model elementárnych častíc. Kalibračné bozóny tvoria posledný stĺpec

V časticovej fyzike tvoria bozóny jednu z dvoch základných skupín subatomárnych častíc. Druhou skupinou sú fermióny. Bozóny charakterizuje ich príslušnosť k Bose-Einsteinovmu rozdeleniu. Táto skupina zahŕňa fotóny a gluóny, Z bozón, W bozóny a tiež Higgsov bozón.

Slovo bozón je odvodené od mena indického fyzika – Satyendra Nath Bose.

Vlastnosti bozónov

Vlastnosti bozónov sú v kontraste s vlastnosťami fermiónov, ktoré sa správajú podľa Fermi-Diracovho rozdelenia, keď sa viac fermiónov nemôže nachádzať v rovnakom kvantovom stave.

Keďže sa bozóny s rovnakou energiou môžu nachádzať na rovnakom mieste v priestore, tak tieto častice zväčša sprostredkujú prenos síl, pričom fermióny zvyčajne tvoria hmotu.

Rozlišujeme elementárne bozóny ako napr. fotóny a zložené ako mezóny.

Všetky bozóny majú celočíselný spin, zatiaľ čo spin fermiónov je poločíselný, čo zodpovedá teórii spinového rozdelenia, ktorá hovorí, že častice s celočíselnou hodnotou spinu sú bozóny a častice so spinom v hodnote n.1/2 (poločíselný spin) sú fermióny.

Aj keď bozóny sú väčšinou zložené častice, tak v štandardnom modeli existuje päť elementárnych bozónov:

• Štyri kalibračné bozóny (γ , g , W^+/- , Z)
• Higgsov bozón (H⁰)

Hypotetický gravitón (G) nie je zahrnutý v štandardnom modeli a doposiaľ nebol experimentálne pozorovaný, zatiaľ čo kalibračné bozóny a Higgsov bozón áno.

Zložené bozóny sú dôležité pre supravodivosť a iné využitia Bose-Einsteinových kondenzátov.

Definícia a základné vlastnosti

Podľa definície sú bozóny časticami zodpovedajúcimi Bose-Einsteinovmu rozdeleniu: ak sa vymenia dva bozóny, vlnová funkcia systému zostane nezmenená. Fermióny, na druhej strane, zodpovedajú Fermi-Diracovmu rozdeleniu a Pauliho vylučovaciemu princípu: dva fermióny nemôžu existovať v rovnakom kvantovom stave, čo spôsobuje tuhosť alebo pevnosť hmoty tvorenej nimi. Preto sa často označujú za zložky hmoty, pričom bozóny predstavujú častice, ktoré sprostredkujú interakcie, alebo ako zložky radiácie (žiarenia).

Vlastnosti laserov, maserov, supratekutého hélia-4 a Bose-Einsteinových kondenzátov sú dôsledkami rozdelenia (štatistiky) bozónov. Ďalším dôsledkom je spektrum fotónov plynu v termálnom ekvilibriu, čoho príkladom je žiarenie absolútne tmavého telesa. Iným príkladom je tiež nepriehľadné infračervené žiarenie, pozorované dnes ako reliktové žiarenie. Interakcie medzi elementárnymi časticami sa nazývajú základné interakcie. Výsledkom základných interakcií medzi bozónmi a časticami hmoty sú všetky známe sily.

Všetky známe elementárne alebo zložené častice sú buď bozóny alebo fermióny, v závislosti od hodnoty spinu. Čo je v rámci nerelativistickej kvantovej mechaniky čisto empirické pozorovanie.

Elementárne bozóny

Pozorované elementárne bozóny patria všetky medzi kalibračné bozóny: fotóny, W a Z bozóny a gluóny.

• Fotóny sú častice sprostredkujúce prenos sily elektromagnetického poľa.

• W a Z bozóny sprostredkujú prenos slabej sily (interakcie).

• Gluóny sprostredkujú silnú interakciu.

Ďalej štandardný model predpokladá Higgsov bozón, prostredníctvom ktorého ostatné častice nadobúdajú hmotnosť pomocou Higgsovho mechanizmu.

A ako posledný bozón mnoho teórií kvantovej gravitácie predpokladá ako sprostredkujúcu časticu gravitácie tzv. gravitón. Bozón so spinom 2.

Pozri aj

• Fermión

• Nerozlíšiteľné častice

• Šatendranáth Bose

• Supratekutá látka

Referencie

• Sakurai, J.J. (1994). Modern Quantum Mechanics (Revised Edition), pp 361–363. Addison-Wesley Publishing Company, ISBN 0-201-53929-2.

• Srednicki, Mark (2007). Quantum Field Theory Archivované 2011-07-25 na Wayback Machine, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-86449-7.