Die Feierlichkeiten begannen heute zum Gedenken an den 125. Boses Name war sehr in den Nachrichten, als CERN vor ein paar Jahren das Higgs-Boson entdeckte. Viele Berichte wiesen darauf hin und feierten die Tatsache, dass das Wort „Boson“ in „Higgs-Boson“ aus Boses Nachnamen geprägt worden war. Das Higgs-Boson ist jedoch nicht das einzige Teilchen, das diese Ehre genießt, und es gibt tatsächlich eine ganze Klasse von Elementarteilchen, die einen Gruppennamen teilen – Boson.
Denken Sie an die vielen Teilchen, von denen Sie gehört haben, wie Elektron, Proton, Neutron, Neutrino und Photon. Alle Teilchen in dieser Liste, mit Ausnahme des Photons, sind sogenannte Materieteilchen. Das Photon hingegen ist ein Quantum oder ein winziges Bündel des elektromagnetischen Feldes.
Die Beziehung zwischen Materieteilchen und Feldquanten ist einfach — Materieteilchen interagieren miteinander, indem sie die entsprechenden Feldquanten austauschen.
Ein grundlegender Unterschied zwischen Materieteilchen und Feldquanten besteht darin, dass Sie zwar so viele Feldquanten in ein kleines Volumen quetschen können, dies jedoch nicht mit Materie. Um dies zu sehen, versuchen Sie einfach, in der Nähe einer anderen Person zu sitzen – es gibt eine Grenze, wie nahe Sie kommen können. Dies liegt daran, dass die Elektronen, Protonen usw. in unserem Körper nicht übereinander gestapelt werden können. Das gleiche gilt nicht für Feldquanten, die so dicht gepackt werden können, wie sie benötigt werden.
Dieser wesentliche Unterschied muss angegangen werden, wenn wir Systeme identischer Teilchen betrachten, zum Beispiel Sammlungen von Elektronen oder Photonen. Der Unterschied zeigt sich in den statistischen Eigenschaften des Vielteilchensystems. Materieteilchen wie Elektronen, Protonen usw. gehorchen der sogenannten Fermi-Dirac-Statistik und werden daher als Fermionen bezeichnet. Feldquanten zum Beispiel gehorchen der sogenannten Bose-Einstein-Statistik und werden kollektiv als Bosonen bezeichnet.
Im Allgemeinen hören wir weniger über Bosonen. Es gibt das Higgs-Boson, das Teilchen wie Protonen und Neutronen Masse verleiht. Es gibt die W- und Z-Bosonen, die mit der schwachen Kraft und den Nutrinos assoziiert sind.
Warum nennt man sie Bosonen?
Nun, warum sind diese Teilchen als Bosonen bekannt? Es war Bose, der tatsächlich herausgefunden hat (im speziellen Fall von Photonen), wie sich eine Gruppe identischer Photonen verhalten würde. Er war daran interessiert, das Plancksche Strahlungsgesetz mathematisch zu reproduzieren, indem er nur quantenmechanische Ideen verwendete. Er verwendete eine Technik in dieser Berechnung, die die Grundlage der Quantenstatistik legte. Dann schickte er seine Arbeit an Albert Einstein, der den Wert seiner Berechnung erkannte und die Arbeit ins Deutsche übersetzen und in der Zeitschrift für Physik veröffentlichen ließ. Dieses Papier erwies sich als bahnbrechend, und die von Bose verwendete Technik wird als Bose-Einstein-Statistik bezeichnet, und die Teilchen wie Photonen, die diesen Statistiken gehorchen, werden Bosonen genannt.
Während Bose selbst den enormen Durchbruch, den er gemacht hatte, nicht erkannte, tat es Einstein und er ging mit Boses Arbeit viel weiter. Der Physiker Paul Dirac war der erste, der den Begriff „Boson“ verwendete, um die Teilchen zu beschreiben, die der Bose-Einstein-Statistik gehorchten, um Boses Beitrag zur Entwicklung dieser Theorie zu feiern.