Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Bozon

Tartalomjegyzékhez Világképem <  (Kvark-időszak, Hadron-időszak)     

A bozonok Satyendra Nath Bose után kapták nevüket. Azonos részecskék esetén teljesen szimmetrikus, összetett kvantumállapotot alkotnak, ami miatt a Bose-Einstein statisztikának engedelmeskednek. A spin-statisztika elve szerint belső spinnel rendelkeznek, ami csak pozitív egész szám lehet.

Egy részecskékből álló rendszer statisztikai leírása. Ilyen rendszerekben nem a klasszikus mechanika, hanem a kvantummechanika szabályai érvényesülnek. A kvantumstatisztikában az energia kvantált. Ha a részecskék nem megkülönböztethetők, a Bose-Einstein statisztika alkalmazható akkor, ha akár hány részecske elfoglalhat egy adott kvantumállapotot. Az ilyen részecskéket bozonoknak nevezik. Minden ismert bozon nh impulzusmomentummal rendelkezik, ahol n nulla vagy egész szám, és h a Planck-féle állandó. Azonos bozonokra a hullámfüggvény mindig szimmetrikus.

Bose-Einstein statisztika

A statisztikus fizikában a részecskéket modellezhetjük golyókkal, azt pedig, hogy melyik energiaállapotban vannak, dobozokkal. A kérdések így oda vezetnek, hogy t számú dobozba (energiaállapotok száma) bizonyos feltételek mellett hányféleképpen helyezhetünk el n golyót (részecskék száma). Természetesen adódik két feltétel: egyik, hogy minden esetben egy golyó csak egy dobozba kerülhet. A másik, hogy minden golyó ugyanakkora valószínűséggel kerülhet bármelyik dobozba.

Van n egyforma golyónk és t dobozunk. Bármennyi (összesen n) golyó kerülhet bármelyik dobozba. Ekkor annak a valószínűsége, hogy az első dobozba n1, a másodikba n2, ?, a t.-be nt golyó kerül (ni nemnegatív egész). Klasszikus valószínűséget használunk. Az összes esetekhez képzeletben rakjuk sorba az n golyót (nem teszünk köztük különbséget). A dobozokat ekkor úgy képzelhetjük el, mint a sorba rakott golyókat szétválasztó falakat: mindenképpen van egy fal az első golyó előtt és az utolsó után. Ahhoz, hogy t dobozt kijelöljünk, ezeken kívül még t-1 falra van szükség. (Ha például két fal közvetlenül egymás mellett van, akkor az adott doboz üres.) Így összesen n + t - 1 helyet kell egymás mellé elképzelnünk, mindegyik lehet fal és golyó is. Ezekből kell kiválasztanunk vagy az n golyót, vagy ami ugyanaz, a t-1 falat. Azaz az összes eset "n+t-1 alatt n". A kedvező esetek száma pedig 1, hiszen ha bármelyik falat golyóra cseréljük, másik esetet kapunk.

Az alapvető kölcsönhatásokat úgynevezett mértékbozonok közvetítik, amelyek egyes spinű részecskék.

Közvetítő Töltés (e) Spin Tömeg (GeV) Kölcsönhatás
Foton
0
1
0 Elektromágneses
W±
±1
1
80.4 gyenge nukleáris kölcsönhatás
Z0
0
1
91.2 gyenge nukleáris kölcsönhatás
Gluon
0
1
0 erős nukleáris kölcsönhatás
Higgs
0
0
>112  

Minden elemi részecske vagy bozon vagy fermion, ideértve az atommagokat, atomokat és molekulákat. Az összetett részecskék a teljes spinük (egész, illetve félegész) függvényében lehetnek bozonok, illetve fermionok. Így az atommagok nagy része történetesen bozon. Míg a fermionok engedelmeskednek a Pauli-féle kizárási elvnek, addig a bozonokra nincs kizárási elv. Minden akadály nélkül nagyon nagy számban kerülhetnek azonos kvantumállapotba, sőt ez is a tendencia valójában.

Ez magyarázza a feketetest-sugárzás spektrumát, a lézer működését, a folyékony hélium viselkedését, a szuperfolyékonyságot, a szupravezetést és a Bose-Einstein kondenzátum kialakulását, ami egy sajátságos fázisállapot.

Mivel a bozonokra nincs kizárási elv, ezért nehezebb belőlük stabil struktúrákat felépíteni, mint a fermionokból. Ez felelős azért a különbségért, amit azon dolgok között látunk, amikre anyagként gondolunk, illetve amikre nem (például a fény).

Példák bozonokra:

foton mezonok, amelyek egy kvarkból és egy antikvarkból állnak

W- és Z-bozonok, a gyenge kölcsönhatás közvetítőrészecskéi

folyékony hélium

Cooper-pár

Higgs-bozon

Lásd még: Azonos részecskék, Szubatomi részecskék, Tonks-Girardeau gáz

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Kvark-időszak     

------------------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Bozon

http://www.ngkszki.hu/~trembe/nev_eloszl/eloszl_statfiz/boseinst.htm

http://www.vilaglex.hu/Lexikon/Html/FeDiStat.htm