ما هو البوزون في فيزياء الجسيمات؟
في فيزياء الجسيمات، البوزون هو نوع من الجسيمات يخضع لقواعد إحصائيات بوز-آينشتاين. تحتوي هذه البوزونات أيضًا على دوران كمي يحتوي على قيمة عدد صحيح، مثل 0 ، 1 ، -1 ، -2 ، 2 ، إلخ.
ما الذي يميز البوزون؟
يطلق على البوزونات أحيانًا اسم جسيمات القوة، لأن البوزونات هي التي تتحكم في تفاعل القوى الفيزيائية، مثل الكهرومغناطيسية وربما الجاذبية نفسها.
يأتي اسم البوزون من لقب الفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز، وهو فيزيائي لامع من أوائل القرن العشرين عمل مع ألبرت أينشتاين لتطوير طريقة تحليل تسمى إحصائيات بوز-أينشتاين.
في محاولة لفهم قانون بلانك تمامًا (معادلة توازن الديناميكا الحرارية التي خرجت من عمل ماكس بلانك حول مشكلة إشعاع الجسم الأسود)، اقترح بوز الطريقة لأول مرة في ورقة بحثية عام 1924 تحاول تحليل سلوك الفوتونات.
أرسل الورقة إلى أينشتاين، الذي كان قادرًا على نشرها. ثم مضى لتوسيع منطق بوز إلى ما وراء مجرد الفوتونات، ولكن أيضًا للتطبيق على جسيمات المادة.
من أكثر التأثيرات الدراماتيكية لإحصاءات بوز-آينشتاين التنبؤ بأن البوزونات يمكن أن تتداخل وتتعايش مع بوزونات أخرى.
من ناحية أخرى، لا تستطيع الفرميونات القيام بذلك، لأنها تتبع مبدأ استبعاد باولي (يركز الكيميائيون بشكل أساسي على الطريقة التي يؤثر بها مبدأ استبعاد باولي على سلوك الإلكترونات في المدار حول نواة ذرية).
وبسبب هذا ، فمن الممكن لـ تصبح الفوتونات ليزرًا وبعض المادة قادرة على تشكيل الحالة الغريبة لتكثيف بوز-آينشتاين.
البوزونات الأساسية.
وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الكم، هناك عدد من البوزونات الأساسية، والتي لا تتكون من جسيمات أصغر.
يتضمن هذا البوزونات المقياس الأساسية، وهي الجسيمات التي تتوسط القوى الأساسية للفيزياء (باستثناء الجاذبية، والتي سنصل إليها بعد قليل). هذه البوزونات ذات المقاييس الأربعة لها مقدار دوران 1 وقد تمت ملاحظتها جميعًا تجريبياً:
- الفوتون – المعروف باسم جسيم الضوء ، تحمل الفوتونات كل الطاقة الكهرومغناطيسية وتعمل كقياس للبوزون الذي يتوسط قوة التفاعلات الكهرومغناطيسية.
- الجلوون – يتوسط الجلوون تفاعلات القوة النووية القوية، والتي تربط الكواركات معًا لتشكيل البروتونات والنيوترونات، كما أنها تحافظ أيضًا على البروتونات والنيوترونات معًا داخل نواة الذرة.
- W بوزون– أحد البوزونات المقياسية المشاركة في التوسط في القوة النووية الضعيفة.
- Z بوزون– أحد البوزونات المقياسية المشاركة في التوسط في القوة النووية الضعيفة.
إقرأ أيضاً… مقدمة في فيزياء الذرة.
البوزونات المُركبة.
تتشكل بعض البوزونات عندما يتحد جسيمان أو أكثر معًا لتكوين جسيم مغزلي ذو رقم دوران بعدد صحيح، مثل:
- الميزون – تتشكل الميزونات عندما يترابط كواركان معًا. نظرًا لأن الكواركات عبارة عن فرميونات ولها عدد لفات نصف صحيحة، إذا تم ربط اثنين منها معًا، فإن دوران الجسيم الناتج (وهو مجموع الدورات الفردية) سيكون عددًا صحيحًا، مما يجعله بوزونًا.
- ذرة الهليوم -4 – تحتوي ذرة الهليوم -4 على بروتونات و 2 نيوترون وإلكترونين. وإذا جمعت كل هذه الدورات، فسوف ينتهي بك الأمر بعدد صحيح في كل مرة. يعتبر الهيليوم 4 جديرًا بالملاحظة بشكل خاص لأنه يصبح سائلًا فائقًا عند تبريده إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض، مما يجعله مثالًا رائعًا لإحصاءات بوز-آينشتاين أثناء العمل.
إذا كنت تتبع الرياضيات، فإن أي جسيم مركب يحتوي على عدد زوجي من الفرميونات سيكون بوزونًا، لأن عددًا زوجيًا من نصف عدد صحيح سيؤدي دائمًا إلى عدد صحيح.
