Bosón

En física de partículas, un bosón es una partícula subatómica cuyo número cuántico de espín tiene un valor entero (0,1,2...). Los bosones forman una de las dos clases fundamentales de partículas subatómicas, la otra son los fermiones, que tienen un espín medio entero impar (¹ ⁄ ₂, ³ ⁄ ₂...). Cada partícula subatómica observada es un bosón o un fermión.

Algunos bosones son partículas elementales y ocupan un papel especial en la física de partículas a diferencia de los fermiones, que a veces se describen como los constituyentes de la "materia ordinaria". Algunos bosones elementales (por ejemplo, los gluones) actúan como portadores de fuerza, lo que da lugar a fuerzas entre otras partículas, mientras que uno (el bosón de Higgs) da lugar al fenómeno de la masa. Otros bosones, como los mesones, son partículas compuestas formadas por constituyentes más pequeños.

Fuera del ámbito de la física de partículas, la superfluidez surge porque los bosones compuestos (partículas bose), como los átomos de helio-4 a baja temperatura, siguen las estadísticas de Bose-Einstein; De manera similar, la superconductividad surge porque algunas cuasipartículas, como los pares de Cooper, se comportan de la misma manera.

Nombre

El nombre bosón fue acuñado por Paul Dirac para conmemorar la contribución de Satyendra Nath Bose, físico indio y profesor de física en la Universidad de Calcuta y en la Universidad de Dhaka, quien desarrolló, en conjunto con Albert Einstein, la teoría que caracteriza tales partículas., ahora conocido como estadística de Bose-Einstein.

Bosones elementales

Modelo estándar de física de partículas
Partículas elementales del Modelo Estándar
showFondo
showconstituyentes
showLimitaciones
showCientíficos
vtmi

Todas las partículas elementales observadas son bosones (con espín entero) o fermiones (con espín medio entero impar). Mientras que las partículas elementales que componen la materia ordinaria (leptones y quarks) son fermiones, los bosones elementales ocupan un papel especial en la física de partículas. Actúan como portadores de fuerza que dan lugar a fuerzas entre otras partículas o, en un caso, dan lugar al fenómeno de la masa.

Según el Modelo Estándar de Física de Partículas existen cinco bosones elementales:

• Un bosón escalar (spin=0)
  • HBosón de Higgs: la partícula que da lugar al fenómeno de la masa a través del mecanismo de Higgs.
• Cuatro bosones vectoriales (spin=1) que actúan como portadores de fuerza. Estos son los bosones de norma:
  • γ Fotón: el portador de fuerza del campo electromagnético.
  • gramo Gluones (ocho tipos diferentes): portadores de fuerza que median en la fuerza fuerte
  • Z Bosón débil neutro: el portador de fuerza que media la fuerza débil
  • W Bosones débiles cargados (dos tipos): también portadores de fuerza que median en la fuerza débil

Se ha formulado la hipótesis de que un bosón tensor (spin=2) llamado gravitón (G) es el portador de la fuerza de la gravedad, pero hasta ahora todos los intentos de incorporar la gravedad en el modelo estándar han fracasado.

Bosones compuestos

Las partículas compuestas (como hadrones, núcleos y átomos) pueden ser bosones o fermiones según sus constituyentes. Dado que los bosones tienen un espín integral y los fermiones un espín semiintegral impar, cualquier partícula compuesta formada por un número par de fermiones es un bosón.

Los bosones compuestos incluyen:

• Todo tipo de mesones
• Núcleos estables de número de masa par, como el deuterio, el helio-4 (la partícula alfa), el carbono-12 y el plomo-208.

Como partículas cuánticas, las estadísticas de Bose-Einstein describen el comportamiento de múltiples bosones indistinguibles a altas densidades. Una característica que cobra importancia en la superfluidez y otras aplicaciones de los condensados ​​de Bose-Einstein es que no hay restricción en el número de bosones que pueden ocupar el mismo estado cuántico. Como consecuencia, cuando (por ejemplo) un gas de helio-4 átomos se enfría a temperaturas muy cercanas al cero absoluto y la energía cinética de las partículas se vuelve despreciable, se condensa en un estado de baja energía y se convierte en un superfluido.

Cuasipartículas

Se observa que ciertas cuasipartículas se comportan como bosones y siguen las estadísticas de Bose-Einstein, incluidos los pares de Cooper, los plasmones y los fonones.