Bozonlar va fermionlar

Bozon - bu Dirak doimiysi birliklarida ifodalangan spinning butun qiymatiga (ichki burchak momentumiga ) ega bo'lgan zarracha yoki kvazizarra. Bozonlar, fermiyonlardan farqli o'laroq, Bose-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunadilar, bu esa cheksiz miqdordagi bir xil zarrachalarning bir kvant holatida bo'lishiga imkon beradi.

Bozonlar Pol Dirak taklifi bilan hind fizigi Shatyendranath Bose  sharafiga nomlangan.

Ikki yoki undan ortiq bir xil bozonlar tizimi zarrachalar almashinuviga nisbatan teng bo'lgan to'lqin funksiyalari bilan tavsiflanadi:  har qanday ikkita zarracha uchun  Va .

Elementar (fundamental) bozonlar va kompozit bozonlar mavjud.

Elementar bozonlar 
Ko'pgina elementar bozonlar o'lchov maydonlarining kvantlari bo'lib, ular yordamida standart modelda elementar fermionlar ( leptonlar va kvarklar ) o'zaro ta'sir qiladi. Ushbu o'lchov bozonlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:

 foton ( elektromagnit o'zaro ta'sir ),
 gluon ( kuchli o'zaro ta'sir )
  va Z-bozonlar ( zaif o'zaro ta'sir ).

Bundan tashqari, elementar bozonlarga elektrozaif nazariyada massalarning paydo bo'lish mexanizmi uchun mas'ul bo'lgan Xiggs bozoni va hozirgacha kashf etilmagan graviton ( gravitatsiyaviy o'zaro ta'sir ) kiradi.

Barcha elementar bozonlardan tashqari -bozonlarda elektr zaryadi yo'q. Glyuonlar elektr jihatdan neytral, lekin rangli zaryadga ega.

 va  bozonlari bir-biriga nisbatan antizarralar vazifasini bajaradi.

Oʻlchovli bozonlar (foton, glyuon, - va -bozonlar) birlik spinga ega, Xiggs bozoni nol spinga ega, gipotetik graviton 2 spinga ega.

Asosiy bozonlarning xossalari

Kompozit bozonlar 
Ixtiyoriy miqdordagi bozonlar va juft sonli fermionlardan tashkil topgan kvant sistemasining o'zi bozondir. Misollar: massa soni juft bo'lgan yadro (chunki nuklonlar — proton va neytronlar — fermionlar boʻlib, massa soni yadrodagi nuklonlarning umumiy soniga teng); elektronlar soni va yadroning massa soni juft yigʻindisiga ega boʻlgan atom yoki ion (chunki elektronlar ham fermionlardir va atom/iondagi fermiyonlarning umumiy soni yadrodagi nuklonlar soni yigʻindisiga teng. yadro va elektron qavatdagi elektronlar soni). Shu bilan birga, kvant tizimini tashkil etuvchi zarrachalarning orbital momenti uning fermion yoki bozon sifatida tasniflanishiga ta'sir qilmaydi, chunki barcha orbital momentlar butun son bo'lib, ularni tizimning umumiy butun spiniga har qanday kombinatsiyada qo'shish mumkin emas. uni yarim butun songa aylantiring (va aksincha). Fermionlarning toq sonini o'z ichiga olgan tizimning o'zi fermiondir: uning umumiy spini har doim yarim butun sondir. Shunday qilib, ikkita proton, neytron va ikkita elektrondan (jami besh fermion) iborat geliy-3 atomi fermion va litiy-7 atomi (uch proton, to'rt neytron, uchta elektron) bozondir. Neytral atomlar uchun elektronlar soni protonlar soniga to'g'ri keladi, ya'ni elektronlar va protonlar sonining yig'indisi har doim juft bo'ladi, shuning uchun aslida neytral atomning bozon / fermion sifatida tasnifi aniqlanadi. uning yadrosidagi neytronlarning juft/toq soni.

Xususan, murakkab bozonlar mezonlar deb ataladigan ko'plab ikki kvark bilan bog'langan holatlarni o'z ichiga oladi. Har qanday ikkita (va odatda juft sonli) fermiyonlar tizimida bo'lgani kabi, mezon spini ham butun son bo'lib, uning qiymati printsipial jihatdan cheklanmagan (0, 1, 2, 3, ...).

Bosonik yulduzlar 
Bosonik yulduz - bu bozonlardan tashkil topgan faraziy astronomik ob'ekt (oddiy yulduzlardan farqli o'laroq, asosan fermionlar - elektronlar va nuklonlardan iborat). Ushbu turdagi yulduzlar mavjud bo'lishi uchun massasi past bo'lgan barqaror bozonlar mavjud bo'lishi kerak (masalan, aksionlar qorong'u materiyaning tarkibiy qismlari roliga nomzodlardan biri sifatida qabul qilingan faraziy yorug'lik zarralari)

Kvazizarralar

Ko'p zarrachali tizimlarda (masalan, kondensatsiyalangan modda ) jamoaviy qo'zg'alish kvantlari sifatida tavsiflangan kvazizarralar spinni ham olib yurishi va bozonlar va fermionlar sifatida tasniflanishi mumkin. Xususan, bozonlar fononlar ("tovush kvantlari"), magnonlar (magnitlardagi spin to'lqinlarining kvantlari), rotonlar (geliy-4 o'ta suyuqlikdagi qo'zg'alishlar).

Termodinamika
Atom fizikasi