تعريف جسيمات بوسون

في فيزياء الجسيمات ، أ بوزون هو نوع من الجسيمات التي تخضع لقواعد إحصائيات بوز-آينشتاين. هذه البوزونات لها أيضا تدور الكم يحتوي على قيمة عددية مثل 0 ، 1 ، -1 ، -2 ، 2 ، إلخ. (بالمقارنة ، هناك أنواع أخرى من الجسيمات تسمى الفرميونات، والتي لها نصف عدد لفات صحيح ، مثل 1/2 ، -1/2 ، -3/2 ، وهكذا.)

يُطلق على البوزونات أحيانًا اسم جسيمات القوة ، لأن البوزونات هي التي تتحكم في تفاعل القوى الفيزيائية ، مثل الكهرومغناطيسية وربما الجاذبية نفسها.

يأتي اسم بوزون من لقب الفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوس ، وهو فيزيائي رائع من أوائل القرن العشرين الذين عملوا مع ألبرت أينشتاين لتطوير طريقة تحليل تسمى بوس-آينشتاين الإحصاء. في محاولة لفهم قانون بلانك بالكامل (معادلة توازن الديناميكا الحرارية التي خرجت من عمل ماكس بلانك على إشعاع الجسم الأسود مشكلة) ، اقترح بوز لأول مرة الطريقة في ورقة عام 1924 تحاول تحليل سلوك الفوتونات. أرسل الورقة إلى أينشتاين ، الذي تمكن من نشرها... ثم استمر في توسيع منطق بوز إلى ما وراء مجرد الفوتونات ، ولكن أيضًا للتطبيق على جسيمات المادة.

أحد أكثر التأثيرات إثارة لإحصاءات بوز-آينشتاين هو التنبؤ بأن البوزونات يمكن أن تتداخل وتتعايش مع البوزونات الأخرى. الفرميونات ، من ناحية أخرى ، لا تستطيع أن تفعل ذلك ، لأنها تتبع

وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الكم ، هناك عدد من البوزونات الأساسية ، التي لا تتكون من أصغر حبيبات. وهذا يشمل بوزونات القياس الأساسية والجسيمات التي تتوسط القوى الأساسية للفيزياء (باستثناء الجاذبية ، التي سنصل إليها بعد قليل). هذه البوزونات الأربعة ذات المقياس لها دوران 1 وقد تم اختبارها جميعًا تجريبيًا:

• الفوتون - يُعرف الفوتون باسم جزيء الضوء ، وهو يحمل كل الطاقة الكهرومغناطيسية ويعمل بمثابة بوزون قياس يتوسط قوة التفاعلات الكهرومغناطيسية.
• غلوون - يتوسط جلونز تفاعلات القوة النووية القوية التي ترتبط ببعضها البعض جسيمات دون الذرية لتشكيل البروتونات و النيوترونات ويحتفظ أيضًا بالبروتونات والنيوترونات معًا داخل نواة الذرة.
• W Boson - أحد بوزوني القياس المشاركين في توسط القوة النووية الضعيفة.
• Z Boson - أحد بوزوني القياس المشاركين في توسط القوة النووية الضعيفة.

بالإضافة إلى ما سبق ، هناك بوزونات أساسية أخرى متوقعة ، ولكن بدون تأكيد تجريبي واضح (حتى الآن):

• هيجز بوسون - وفقًا للنموذج القياسي ، فإن Higgs Boson هو الجسيم الذي يولد كل الكتلة. في 4 يوليو 2012 ، أعلن العلماء في Large Hadron Collider أن لديهم سببًا وجيهًا للاعتقاد بأنهم وجدوا أدلة على هيغز بوسون. مزيد من البحث مستمر في محاولة للحصول على معلومات أفضل حول خصائص الجسيمات الدقيقة. يُتوقع أن يكون للجسيم قيمة دوران كمية 0 ، ولهذا السبب يُصنف على أنه بوزون.
• الجرافيتون - الجاذبية عبارة عن جسيم نظري لم يتم اكتشافه تجريبيا بعد. بما أن القوى الأساسية الأخرى - الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة - موضحة جميعها شروط بوزون قياس يتوسط القوة ، كان من الطبيعي فقط محاولة استخدام نفس الآلية للتفسير الجاذبية. الجسيم النظري الناتج هو الجرافيتون ، الذي من المتوقع أن يكون له قيمة دوران كمومية 2.
• شركاء بوسونيون - بموجب نظرية التناظر الفائق ، سيكون لكل فرميون نظير بوزوني لم يتم اكتشافه حتى الآن. نظرًا لوجود 12 فيرميونات أساسية ، فإن هذا يشير إلى أنه - إذا كان التناظر الفائق صحيحًا - فهناك 12 فيرميونات أخرى البوزونات الأساسية التي لم يتم الكشف عنها بعد ، على ما يبدو لأنها غير مستقرة للغاية وانحطست فيها أشكال أخرى.

يتم تكوين بعض البوزونات عندما يتحد جسيمان أو أكثر معًا لإنشاء جزيء صحيح ، مثل:

• ميزون - يتم تكوين الميزون عندما يرتبط كواركان ببعضهما. بما أن الكواركات هي الفرميونات ولها نصف عدد صحيح يدور ، إذا تم ربط اثنين منهما معًا ، فإن الدوران من الجسيم الناتج (وهو مجموع السبينات الفردية) سيكون عددًا صحيحًا ، مما يجعله بوزون.
• ذرة الهيليوم -4 - تحتوي ذرة الهيليوم -4 على بروتونين ونيوترون وإلكترونين... وإذا جمعت كل هذه الدورات ، سينتهي بك الأمر بعدد صحيح في كل مرة. هيليوم 4 جدير بالملاحظة بشكل خاص لأنه يصبح سائلًا فائقًا عند تبريده إلى درجات حرارة منخفضة للغاية ، مما يجعله مثالًا رائعًا لإحصاءات بوز-آينشتاين في العمل.

إذا كنت تتبع الرياضيات ، فإن أي جسيم مركب يحتوي على عدد زوجي من الفرميونات سيكون بوزون ، لأن عدد زوجي من الأعداد الصحيحة سيضيف دائمًا عددًا صحيحًا.