Bosón

Un bosón  es una partícula o cuasi -partícula con un valor entero del espín ( momento angular intrínseco ), expresado en unidades de la constante de Dirac [2] . Los bosones, a diferencia de los fermiones , obedecen a la estadística de Bose-Einstein , que permite que un número ilimitado de partículas idénticas se encuentren en un estado cuántico [3] .

Los bosones recibieron su nombre del físico indio Sh. Bose [4] [5] . El término "bosón" fue propuesto por Paul Dirac [6] .

Los sistemas de dos o más bosones idénticos se describen mediante funciones de onda que son pares con respecto a las permutaciones de partículas : para dos partículas cualesquiera i y j .

Hay bosones elementales (fundamentales) y compuestos.

Bosones elementales

La mayoría de los bosones elementales son cuantos de los campos de calibre, a través de los cuales interactúan los fermiones elementales ( leptones y quarks ) en el modelo estándar . Estos bosones de calibre incluyen:

• fotón ( interacción electromagnética ),
• gluón ( interacción fuerte )
• Bosones W ± y Z (interacción débil).

Además, entre los bosones elementales se encuentran el bosón de Higgs , que es el responsable del mecanismo de aparición de masas en la teoría electrodébil , y el gravitón ( interacción gravitatoria ) que no se ha descubierto hasta el momento .

Todos los bosones elementales, a excepción de los bosones W ± , no tienen carga eléctrica. Los gluones son eléctricamente neutros pero llevan una carga de color.

Los bosones W + - y W- , en relación uno con el otro, actúan como antipartículas .

Los bosones de calibre (fotón, gluón, bosones W ± y Z ) tienen un espín unitario, el bosón de Higgs tiene un espín cero, el gravitón  hipotético tiene un espín de 2.

Propiedades de los bosones fundamentales

Bosones compuestos

Un sistema cuántico que consta de un número arbitrario de bosones y un número par de fermiones es en sí mismo un bosón. Ejemplos: un núcleo con un número de masa par A (ya que los nucleones  - protones y neutrones  - son fermiones, y el número de masa es igual al número total de nucleones en el núcleo); un átomo o ion con una suma par del número de electrones y el número de masa del núcleo (dado que los electrones también son fermiones, y el número total de fermiones en un átomo/ion es igual a la suma del número de nucleones en el núcleo y el número de electrones en la capa de electrones). Al mismo tiempo, el momento orbital de las partículas que componen el sistema cuántico no afecta su clasificación como fermión o bosón, ya que todos los momentos orbitales son enteros, y sumarlos en cualquier combinación al espín entero total del sistema no puede convertirlo en un medio entero (y viceversa). Un sistema que contiene un número impar de fermiones es en sí mismo un fermión: su espín total es siempre medio entero. Entonces, un átomo de helio-3 , que consta de dos protones, un neutrón y dos electrones (un total de cinco fermiones) es un fermión, y un átomo de litio-7 (tres protones, cuatro neutrones, tres electrones) es un bosón. Para los átomos neutros, el número de electrones coincide con el número de protones, es decir, la suma del número de electrones y protones siempre es par, por lo tanto, de hecho, la clasificación de un átomo neutro como bosón/fermión está determinada por el número par/impar de neutrones en su núcleo.

En particular, los bosones compuestos incluyen numerosos estados ligados de dos quarks llamados mesones . Como en cualquier sistema de dos (y generalmente un número par) fermiones, el espín del mesón es entero, y su valor, en principio, no está limitado (0, 1, 2, 3, ...).

Estrellas bosónicas

Una estrella bosónica es un objeto astronómico hipotético que consta de bosones (a diferencia de las estrellas ordinarias , que consisten principalmente en fermiones  , electrones y nucleones ). Para que este tipo de estrellas exista, debe haber bosones estables y de pequeña masa (por ejemplo, los axiones  son hipotéticas partículas de luz consideradas como una de las candidatas para el papel de componentes de la materia oscura ) [7] [8] .

Cuasipartículas

Las cuasipartículas, descritas como cuantos de excitación colectiva en sistemas de muchas partículas (como la materia condensada ), también pueden transportar espín y se clasifican como bosones y fermiones. En particular, los bosones son fonones ("cuantos de sonido"), magnones (cuantos de ondas de espín en imanes), rotones (excitaciones en helio-4 superfluido).

Notas

1. ↑ El asombroso mundo dentro del núcleo atómico. Preguntas después de la conferencia Archivado el 15 de julio de 2015 en Wayback Machine , FIAN, 11 de septiembre de 2007
2. ↑ 1 2 Física del núcleo atómico. Introducción . msu.ru._ _ Consultado el 21 de abril de 2017. Archivado desde el original el 9 de mayo de 2017. (indefinido)
3. ↑ ¿Hay supersimetría en el mundo de las partículas elementales? . postnauka.ru . Consultado el 21 de abril de 2017. Archivado desde el original el 2 de julio de 2014. (indefinido)
4. ↑ Daigle, Katy . India: Suficiente sobre Higgs, hablemos del bosón  (10 de julio de 2012). Archivado desde el original el 16 de marzo de 2019. Consultado el 22 de abril de 2020.
5. ↑ Bal, Hartosh Singh . The Bose in the Boson , blog de The New York Times  (19 de septiembre de 2012). Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2012. Consultado el 21 de septiembre de 2012.
6. ↑ Sanyuk V.I., Sukhanov A.D. Dirac en física del siglo XX. págs. 982-983.
7. ↑ Madsen, Mark S.; Liddle, Andrew R.  La formación cosmológica de las estrellas bosónicas  // Physics Letters B : diario. - 1990. - vol. 251 , núm. 4 . -doi : 10.1016 / 0370-2693(90)90788-8 .
8. ↑ Torres, Diego F.; Capozziello, S.; Lambiase, G. ¿ Estrella de bosón supermasivo en el centro galáctico? (inglés)  // Revisión física D  : revista. - 2000. - vol. 62 , núm. 10 _ -doi : 10.1103 / PhysRevD.62.104012 .

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