Bozon

Parçacık fiziğinde, bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır; Satyendra Nath Bose ve Einstein'a atfen isimlendirilmişlerdir. Fermi-Dirac istatistiklerine uyan fermiyonların tersine, farklı bozonlar aynı kuantum konumunu işgal eder. Böylece, aynı enerjiye sahip bozonlar uzayda aynı mekânı işgal edebilirler. Bu nedenle her ne kadar parçacık fiziğinde her iki kavram arasındaki ayrım kesin belirgin değilse de, fermiyonlar genelde madde ile bileşikken, bozonlar sıklıkla güç taşıyıcı parçacıklardır.

Bozonlar ya fotonlar gibi elementer ya da mezonlar gibi karşıt olabilirler. Buçuklu tam sayılı spinlere sahip olan fermiyonların aksine; tüm gözlenen bozonlar tam sayılı spinlere sahiptir.

Spin-istatistik teoremine göre; herhangi bir mantıklı Relativistik Kuantum Alan Teorisinde, buçuklu-tamsayılı parçacıkları olan spinler fermiyonken, tam sayılı spinlere sahip olan parçacıklar bozondurlar.

Tanım olarak, bozonlar Bose-Einstein istatistikleri'ne uyan parçacıklardır; iki bozon yer değiştirdiğinde dalga denklemi değişmez. Fermiyonlar ise Fermi-Dirac istatistikleri ve Pauli dışlama prensibine uyar: iki fermiyon aynı kuantum durumuna sahip olamaz, sonuç olarak fermiyonun bu özelliğinden dolayı maddenin "katılığı" ya da "direngenliği" gözlenir. Fermiyonlar maddenin yapı taşı olarak bilinirken, bozonlar etkileşimin yapı taşıkuvvet taşıyıcı) veya radyasyonu meydana getiren olarak bilinirler. Bozonların alanı, kanonik değişim ilişkisine uyan alandır.

Bose-Einstein yoğunlaşması, laser, maser ve süperakışkan helyum-4ün özellikleri bozon istatistiğinden kaynaklanır. Başka bir sonucu da foton gazının termal dengedeki tayfı olan Planck tayfıdır. Örneklerden biri kara cisim ışıması, bir başka örnek ise bugün arka plan mikrodalga ışıması olarak gözlenen Evren'in erken opak dönemimdeki termal ışımasıdır. Temel parçacıklar arasındaki etkileşime temel etkileşimler denir. Zahirî bozonların gerçek parçacıklarla temel etkileşimleri bilinen tüm kuvvetleri meydana getirir.

Bilinen tüm temel ve bileşik parçacıklar spinlerine bağlı olarak fermiyon ya da bozondur: yarım tam sayı spinli parçacıklar fermiyon, tam sayı spinli parçacıklar bozondur. Göreceli olmayana kuantum mekaniğini çerçevesinde bu tamamen deneysel bir gözlemdir. Ancak göreceli kuantum mekaniğinde spin istatistikleri teoremi, yarım tam sayı spinli parçacıkların bozon olamayacağını ve tam sayı spinli parçacıkların da fermiyon olamayacağını göstermiştir.

Büyük sistemlerde bozonik ve fermiyonik istatiklerin arasındaki fark, sadece yüksek yoğunluklarda (dalga denklerlerinin çakışma durumunda) ortaya çıkar. Düşük yoğunluklarda her iki istatistiklik de klasik mekanik tarafından tanımlanan Maxwell-Boltzmann istatistikleri ile açıklanabilir.

Bileşik parçacıklar (atomlar, çekirdekler ve hadronlar gibi) yapı taşlarına bağlı olarak bozon ya da fermiyon olabilirler. Daha net olarak spin ve istatistiksel ilişkilerden dolayı çift sayıda fermiyon içeren parçacıklar tam sayı spine sahip olacağından bozondurlar.

Birleşik parçacıkların (ya da sistemin) fermiyonik ya da bozonik özelliği büyük uzaklıklarda (sistemle kıyaslandığında) gözlenir. Boyutsal yapısının önemli olduğu yakınlıkta, bileşik parçacık (ya da sietem) bileşenlerine göre davranış özelliği gösterir. Örneğin iki tane Helyum-4 atomu eğer helyum atomunun kendi iç yapısıyla (~10−10m) kıyaslanırsa, Helyum-4'ün bozonik özelliklerine rağmen uzayda aynı yerde bulunamazlar. Bu sebepten sıvı helyumun, normal sıvı maddelerle kıyasla sonlu bir yoğunluğu vardır.

Graviton standart modelde olmasa da oldukça kabul edilebilir teorik bir Ayar Bozonudur. Ancak gravitonun doğası gereği fiziksel olarak algılanması (ölçülmesi) mümkün değildir.