festlighederne begyndte i dag for at fejre 125-årsdagen for den berømte fysiker Satyendra Nath Bose, der blev født denne dag i 1894. Bose ‘ s navn var meget i nyhederne, da CERN opdagede Higgs boson for et par år tilbage. Mange rapporter påpegede og fejrede det faktum, at ordet “boson” i “Higgs boson” var blevet opfundet fra Boses efternavn. Higgs boson er dog ikke den eneste partikel, der nyder denne ære, og der er faktisk en hel klasse af elementære partikler, der deler et gruppenavn – boson.
tænk på de mange partikler, du har hørt om, såsom elektron, proton, neutron, neutrino og foton. Alle partiklerne i denne liste, undtagen Fotonet, er såkaldte stofpartikler. Fotonet er derimod et kvante eller lille bundt af det elektromagnetiske felt.
forholdet mellem stofpartikler og feltkvanta er simpelt — stofpartikler interagerer med hinanden ved at udveksle det passende feltkvanta.
en grundlæggende forskel mellem stofpartikler og feltkvanta er, at mens du kan klemme så mange feltkvanta ind i et lille volumen, kan du ikke gøre det med stof. For at se dette, prøv bare at sidde tæt på en anden person – der er en grænse for, hvor tæt du kan komme. Dette skyldes, at elektronerne, protoner osv. i vores kroppe modstår at blive stablet oven på hinanden. Det samme er ikke tilfældet med feltkvanta, som kan pakkes så tæt som nødvendigt.
denne væsentlige forskel skal løses, når vi ser på systemer af identiske partikler, for eksempel samlinger af elektroner eller fotoner. Forskellen manifesterer sig i de mange partikelsystemers statistiske egenskaber. Matter partikler såsom elektroner, protoner osv adlyde hvad der er kendt som Fermi-Dirac statistik og dermed er kendt som ‘fermioner’. Feltkvanta adlyder for eksempel det, der kaldes Bose-Einstein-statistik og kaldes samlet ‘bosoner’.
generelt hører vi mindre om bosoner. Der er Higgs boson, som giver masse til partikler som protoner og neutroner. Der er bosoner forbundet med den svage kraft og nutrinos.
hvorfor kalde dem bosoner?
hvorfor er disse partikler kendt som bosoner? Det var Bose, der faktisk regnede ud (i det specifikke tilfælde af fotoner), hvordan en gruppe identiske fotoner ville opføre sig. Han var interesseret i matematisk at gengive Plancks strålingslov ved kun at bruge kvantemekaniske ideer. Han anvendte en teknik i denne beregning, der lagde grundlaget for kvantestatistik. Han sendte derefter sit papir til Albert Einstein, der anerkendte værdien af hans beregning og fik papiret oversat til tysk og offentliggjort i tidsskriftet seitschrift fur Physik. Dette papir viste sig at være en skelsættende, og den teknik, der anvendes af Bose, går under navnet Bose-Einstein-statistikker, og partiklerne som fotoner, der adlyder disse statistikker, kaldes bosoner.
mens Bose selv ikke indså det enorme gennembrud, han havde gjort, gjorde Einstein det, og han tog Bose ‘ s arbejde meget længere. Fysiker Paul Dirac var den første til at bruge udtrykket “boson” til at beskrive de partikler, der adlød Bose-Einstein-statistikker for at fejre Bose ‘ s bidrag til udviklingen af denne teori.