Definição de uma partícula bóson

Na física de partículas, um bóson é um tipo de partícula que obedece às regras das estatísticas de Bose-Einstein. Esses bósons também têm um rotação quântica com contém um valor inteiro, como 0, 1, -1, -2, 2, etc. (Em comparação, existem outros tipos de partículas, chamados férmions, que têm um giro de meio inteiro, como 1/2, -1/2, -3/2 e assim por diante.)

Os bósons às vezes são chamados de partículas de força, porque são os bósons que controlam a interação de forças físicas, como o eletromagnetismo e, possivelmente, a própria gravidade.

O nome boson vem do sobrenome do físico indiano Satyendra Nath Bose, um físico brilhante do início do século XX, que trabalhou com Albert Einstein para desenvolver um método de análise chamado Bose-Einstein Estatisticas. Em um esforço para entender completamente a lei de Planck (a equação de equilíbrio termodinâmica que saiu do trabalho de Max Planck no Radiação de corpo negro problema), Bose propôs pela primeira vez o método em um artigo de 1924, tentando analisar o comportamento dos fótons. Ele enviou o artigo para Einstein, que conseguiu publicá-lo... e depois estendeu o raciocínio de Bose além dos meros fótons, mas também se aplicou às partículas da matéria.

Um dos efeitos mais dramáticos das estatísticas de Bose-Einstein é a previsão de que os bósons podem se sobrepor e coexistir com outros bósons. Os férmions, por outro lado, não podem fazer isso, porque seguem o Princípio de exclusão de Pauli (os químicos se concentram principalmente na maneira como o Princípio de Exclusão de Pauli afeta o comportamento dos elétrons em órbita ao redor de um núcleo atômico.) Por causa disso, é possível que os fótons se tornem um laser e alguma matéria é capaz de formar o estado exótico de um Condensado de Bose-Einstein.

De acordo com o Modelo Padrão da física quântica, existem vários bósons fundamentais, que não são constituídos por partículas. Isso inclui os bósons de bitola básica, as partículas que mediam a forças fundamentais da física (exceto pela gravidade, a qual abordaremos em um momento). Esses quatro bósons de bitola têm o spin 1 e foram observados experimentalmente:

• Fóton - Conhecidos como a partícula da luz, os fótons carregam toda a energia eletromagnética e agem como o bóson medidor que medeia a força das interações eletromagnéticas.
• Gluon - Gluons mediam as interações da força nuclear forte, que se une quarks formar prótons e nêutrons e também mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo de um átomo.
• W Boson - Um dos dois bósons de bitola envolvidos na mediação da força nuclear fraca.
• Z Boson - Um dos dois bósons de bitola envolvidos na mediação da força nuclear fraca.

Além do acima, existem outros bósons fundamentais previstos, mas sem confirmação experimental clara (ainda):

• Bóson de Higgs - De acordo com o Modelo Padrão, o Bóson de Higgs é a partícula que dá origem a toda a massa. Em 4 de julho de 2012, os cientistas do Large Hadron Collider anunciaram que tinham bons motivos para acreditar que haviam encontrado evidências do Bóson de Higgs. Pesquisas adicionais estão em andamento na tentativa de obter melhores informações sobre as propriedades exatas da partícula. Prevê-se que a partícula tenha um valor de spin quântico igual a 0, razão pela qual é classificada como um bóson.
• Graviton - O graviton é uma partícula teórica que ainda não foi detectada experimentalmente. Como as outras forças fundamentais - eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear fraca - são explicadas em Em termos de um bóson de medida que medeia a força, era natural tentar usar o mesmo mecanismo para explicar gravidade. A partícula teórica resultante é o graviton, que se prevê ter um valor de spin quântico de 2.
• Superparceiros Bosônicos - Sob a teoria da supersimetria, todo férmion teria uma contraparte bosônica até agora não detectada. Como existem 12 férmions fundamentais, isso sugere que - se a supersimetria for verdadeira - há outros 12 bósons fundamentais que ainda não foram detectados, presumivelmente porque são altamente instáveis ​​e se deterioraram outras formas.

Alguns bósons são formados quando duas ou mais partículas se unem para criar uma partícula de spin inteiro, como:

• Mésons - Mésons são formados quando dois quarks se unem. Como os quarks são férmions e têm giros meio inteiros, se dois deles estão ligados, então a rotação da partícula resultante (que é a soma dos giros individuais) seria um número inteiro, tornando-o um bóson.
• Átomo de hélio-4 - Um átomo de hélio-4 contém 2 prótons, 2 nêutrons e 2 elétrons... e se você somar todas essas rotações, você terminará sempre com um número inteiro. O hélio-4 é particularmente digno de nota porque se torna um superfluido quando resfriado a temperaturas muito baixas, tornando-o um exemplo brilhante das estatísticas de Bose-Einstein em ação.

Se você estiver seguindo a matemática, qualquer partícula composta que contenha um número par de férmions será um bóson, porque um número par de meio-inteiros sempre adicionará um número inteiro.