Бозони

Бозони^[1][2] су честице целог спина (${\displaystyle S=0,1,2,\dots }$), за разлику од фермиона који имају половни спин (${\displaystyle S={\frac {1}{2}},{\frac {3}{2}}\dots }$)^[3]. За њих не важи Паулијев принцип који важи за фермионске честице, већ су стања која ће бозони заузети у датом систему описана Бозе-Ајнштајновом расподелом. За разлику од фермиона, више бозона могу заузимати потпуно исто кватнтно стање. Бозони су добили назив по индијском физичару Сатјендри Нату Бозеу (Satyendra Nath Bose)^[4][5] на предлог Пола Дирака.^[6][7] Све елементарне честице се деле на фермионе и бозоне. У бозонске елементарне честице спадају глуон, фотон, W⁺, W^- и Z⁰ бозон, теоријски предвиђени гравитон, итд.^[8] И композитне честице могу бити бозони, као што су мезон или стабилна језгра парног масеног броја (нпр. деутеријум, ${\displaystyle ^{4}He}$) Такође, многе квазичестице су бозони као што су фонон, плазмон, Куперов пар, итд. Када се гас бозонских честица охлади до јако ниских температура, јако велики број бозона заузима најниже квантно стање у систему и долази до Бозе-Ајнштајнове кондензације. Примери Бозе-Ајнштајнове кондензације сусуперфлуидност, БЦС теорија суперпроводности, итд. У таква стања могу доћи бозони или бозонске квазичестице сачињене од фермиона (Куперови парови).

Према стандардном моделу, с обзиром на вредност спина, све елементарне честице деле се у две велике групе: фермионе и бозоне.^[9] У фермионе спадају елементарне честице које изграђују сву познату материју у свемиру, док у бозоне спадају елементарне честице које се називају баждарни бозони. То су бозони који немају унутрашњу структуру, у потпуности су елементарни и дефинишу се као честице преносници 3 темељне силе природе (јака нуклеарна сила, слаба нуклеарна сила и електромагнетска сила), не рачунајући гравитацију.^[10]

Бозон	Ознака	Античестица	Електрични набој Q/e	Спин	Маса (MeV/c2)
фотон	γ	сам себи	0	1	0
W-бозон	W-	W+	-1	1	80,38
Z-бозон	Z	сам себи	0	1	91,19
глуон	g	сам себи	0	1	0
Хигсов бозон	H0	сам себи	0	0	125,09
гравитон	G	сам себи	0	2	0

Фотон (према грч. φῶς, генитив: φωτός: светлοст), светлосни квант или квант електромагнетског зрачења (ознака γ) је основни делић енергије електромагнетскога зрачења, елементарна честица која је посредник у преношењу електромагнетскога међуделовања. У вакууму се фотон креће брзином светлости, а нема масу, електрични набој, ни енергију мировања. Његов је спин једнак јединици и припада у групи бозона. Фотон као појам увео је А. Ајнптајн 1905. како би објаснио фотоелектрични учинак, који се није могао објаснити с помоћу таласне теорије електромагнетнога зрачења. Електромагнетно зрачење фреквенције ν показује при међуделовању с материјом да се састоји од недељивих фотона енергије:

${\displaystyle E=h\cdot \nu }$

где је: h - Планкова константа. Фотони настају у многим природним процесима: при убрзавању електрички набијених честица (синхротронско зрачење), при нуклеарном, атомском или молекуларном претварању (трансформацији) из стања више енергије у стање ниже енергије, при поништењу (анихилацији) честица и античестица.

W и Z бозони су елементарне честице преносници слабе нуклеарне силе, одговорне за распаде протона у неутроне и обрнуто. За разлику од осталих баждарних бозона, масе мировања су ми различите од нуле, а износе 80,4 и 91,2 GeV/c², што је готово 100 пута више од масе протона, због чега им је деловање ограничено на атомско језгро.

W-бозон (ознака W^±) је субатомска честица која као преносник темељне слабе нуклеарне силе постоји у два електрички набијена стања, у негативном стању је честица, а у позитивном стању је античестица. Са Z-бозоном, глуоном и фотоном чини групу баждарних бозона електрослабог и јакога међуделовања (јака нуклеарна сила). W-бозони откривени су 1983. у CERN-у у Женеви, у складу с предвиђањима моделa Ш. Л. Глашоуа, С. Вајнберга и А. Салама (Нобелова награда за физику 1979). Њихова сразмерно велика маса, m_W = 80,385 ± 0,015 GeV/c², објашњава краткодосежност и изразито малу јачину слабе силе при уобичајеним нискоенергијским процесима субатомских честица.

Z-бозон (ознака Z) је субатомска честица која је преносник темељне слабе силе, електрично је неутрална и сама себи античестица. С W-бозоном, глуоном и фотоном чини баждарне бозоне електрослабог и јакога међуделовања. Z-бозони откривени су 1983. у CERN-у у Женеви, у складу с предвиђањима модела Ш. Л. Глашоуа, С. Вајнберга и А. Салама (Нобелова награда за физику 1979). Њихова сразмерно велика маса, m_Z = 91,1875 ± 0,0021 GeV/c², објашњава краткодосежност и изразито малу јачину слабе силе при уобичајеним нискоенергијским процесима субатомских честица.

Глуон (енг. gluon, од glue: лепак које долази од фран. glu: лепак [од имеле] и каснолат. glus, генитив glutis, за клас. лат. gluten; ознака g) је елементарна честица без масе, која преноси темељно јако међуделовање (јака нуклеарна сила) и веже кваркове у хадронима, бозон спина 1. Међуделовање кваркова преноси се емисијом и апсорпцијом глуона, слично као што се електромагнетско међуделовању преноси фотонима. Разлика је у томе што фотони немају електрични набој и узајамно међусобно неделују, а глуони имају 8 врста набоја боје те између њих делује јака сила. Глуоне је теоријски предвидео М. Гел-Ман 1964. а експериментима су потврђени 1979. помоћу глуонских млазова у истраживачком средишту DESY (немачки електронски синхротрон) у Хамбургу.^[11]

Хигсов бозон (по П. Хигсу; ознака H⁰) је бозон уведен у стандардну теорију честица и сила (1964) ради објашњења како је приликом настанка свемира нарушена електрослаба симетрија, те је настао већи број субатомских честица него античестица и зашто честице имају масу. Његова је маса приближно 125,09 GeV/c², спин 0, време полураспада 1,56 × 10⁻²² s, електрични је неутралан и сам је себи античестица. Може се распасти на два W-бозона:

${\displaystyle \mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {W} ^{+}+\mathrm {W} ^{-}}$

два Z-бозона:

${\displaystyle \mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {Z} ^{0}+\mathrm {Z} ^{0}}$

dva fotona:

${\displaystyle \mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {\gamma } +\mathrm {\gamma } }$

и друго.^[12]

Гравитон (према гравитација) је квант гравитационог поља, преносник темељне гравитационе силе. То је честица с масом мировања једнаком нули и нултим набојем, бозон са спином 2∙h, а припадно је поље тензорско. Гравитон би требао бити квант гравитационих таласа, што их је као промене простор-времена које се шири брзином светлости. Ајнштајн предвидио већ 1916. У суперсиметричним минималним проширењима стандарднога модела (физика елементарних честица), честице целобројнога спина добивају партнер-честицу полуцелога спина. Тако би гравитону спина 2∙h одговарао гравитино полуцелога спина 3∙h/2.

• Бозе-Ајнштајнова статистика
• Ферми-Диракова статистика
• Елементарне честице

• Fermilab
• Particle physics – it matters Архивирано на сајту Wayback Machine (9. март 2011) – the Institute of Physics
• Nobes, Matthew (2002) "Introduction to the Standard Model of Particle Physics" on Kuro5hin: Part 1, Part 2, Part 3a, Part 3b.