什么是玻色子?(a boson?)

在粒子物理学中,玻色子是一种遵守玻色-爱因斯坦统计规则的粒子。这些玻色子也有一个包含整数值的量子自旋,如0、1、-1、-2、2等(相比之下,还有其他类型的粒子,称为费米子,具有半整数自旋,如1/2、-1/2、-3/2等)...

在粒子物理学中,玻色子是一种遵守玻色-爱因斯坦统计规则的粒子。这些玻色子也有一个包含整数值的量子自旋,如0、1、-1、-2、2等(相比之下,还有其他类型的粒子,称为费米子,具有半整数自旋,如1/2、-1/2、-3/2等)

This represents the Standard model of elementary particles

玻色子有什么特别之处?

玻色子有时被称为力粒子,因为正是玻色子控制着物理力的相互作用,比如电磁力,甚至重力本身。

玻色子的名字来源于印度物理学家萨蒂恩德拉·纳特·玻色的姓氏,他是二十世纪初杰出的物理学家,与阿尔伯特·爱因斯坦合作开发了一种称为玻色-爱因斯坦统计的分析方法。为了充分理解普朗克定律(马克斯·普朗克在黑体辐射问题上的工作得出的热力学平衡方程),玻色在1924年的一篇论文中首次提出了该方法,试图分析光子的行为。他把这篇论文寄给了爱因斯坦,爱因斯坦把它发表了。。。然后进一步扩展了Bose的推理,不仅仅是光子,还应用于物质粒子。

玻色-爱因斯坦统计数据最引人注目的影响之一是预测玻色子可以与其他玻色子重叠共存。另一方面,费米子不能做到这一点,因为它们遵循泡利不相容原理(化学家主要关注泡利不相容原理如何影响原子核周围轨道上电子的行为),光子有可能变成激光,一些物质能够形成玻色-爱因斯坦凝聚体的奇异状态。

基本玻色子

根据量子物理的标准模型,有许多基本玻色子,它们不是由较小的粒子组成的。这包括基本规范玻色子,即介导基本物理力的粒子(重力除外,我们稍后将讨论重力)。这四个规范玻色子的自旋为1,并且都已在实验中观察到:

  • 光子——光子被称为光的粒子,它携带着所有的电磁能量,充当着规范玻色子的角色,介导着电磁相互作用的力量。
  • 胶子-胶子介导强核力的相互作用,强核力将夸克结合在一起形成质子和中子,并将质子和中子保持在原子核内。
  • W玻色子-两个规范玻色子中的一个,参与调节弱核力。
  • Z玻色子-两个规范玻色子中的一个,参与调节弱核力。

除上述情况外,还预测了其他基本玻色子,但尚未得到明确的实验证实:

  • 希格斯玻色子-根据标准模型,希格斯玻色子是产生所有质量的粒子。2012年7月4日,大型强子对撞机的科学家宣布,他们有充分的理由相信他们找到了希格斯玻色子的证据。进一步的研究正在进行中,试图获得关于粒子确切性质的更好信息。据预测,该粒子的量子自旋值为0,这就是它被归类为玻色子的原因。
  • 引力子-引力子是一种尚未通过实验检测到的理论粒子。由于其他基本力——电磁力、强核力和弱核力——都是用介导这种力的规范玻色子来解释的,因此尝试用同样的机制来解释引力是很自然的。由此产生的理论粒子是引力子,预计其量子自旋值为2。
  • 玻色子超配子——根据超对称理论,每个费米子都会有一个迄今未被发现的玻色子配子。既然有12个基本费米子,这就意味着——如果超对称性是真的——还有12个基本玻色子尚未被探测到,大概是因为它们高度不稳定,已经衰变为其他形式。

复合玻色子

当两个或多个粒子结合在一起形成一个整数自旋粒子时,会形成一些玻色子,例如:

  • 介子-介子是两个夸克结合在一起形成的。由于夸克是费米子,具有半整数自旋,如果两个夸克结合在一起,那么产生的粒子的自旋(即单个自旋的总和)将是整数,使其成为玻色子。
  • 氦-4原子-氦-4原子包含2个质子、2个中子和2个电子。。。如果你把所有的旋转加起来,每次都会得到一个整数。氦-4特别值得注意,因为它在冷却到超低温时会变成超流体,这使它成为玻色-爱因斯坦统计在实际应用中的一个杰出例子。

如果你遵循数学,任何包含偶数个费米子的复合粒子都将是玻色子,因为偶数个半整数加起来就是一个整数。

  • 发表于 2021-09-27 02:47
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  • 分类:物理

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