festivitățile au început astăzi pentru a comemora a 125-a aniversare a celebrului fizician Satyendra Nath Bose, care s-a născut în această zi în 1894. Numele lui Bose a fost foarte mult în știri când CERN a descoperit bosonul Higgs cu câțiva ani în urmă. Multe rapoarte au subliniat și au sărbătorit faptul că cuvântul „boson” din „bosonul Higgs” a fost inventat din numele de familie al lui Bose. Cu toate acestea, bosonul Higgs nu este singura particulă care se bucură de această onoare și există de fapt o întreagă clasă de particule elementare care împărtășesc un nume de grup – boson.
gândiți-vă la numeroasele particule de care ați auzit, cum ar fi electronul, protonul, neutronul, neutrinul și fotonul. Toate particulele din această listă, cu excepția fotonului, sunt așa-numitele particule de materie. Fotonul, pe de altă parte, este un pachet cuantic sau mic al câmpului electromagnetic.
relația dintre particulele de materie și cuantele de câmp este simplă — particulele de materie interacționează între ele schimbând cuantele de câmp corespunzătoare.
o diferență fundamentală între particulele de materie și cuantele de câmp este că, deși puteți strânge cât mai multe cuante de câmp într-un volum mic, nu puteți face acest lucru cu materia. Pentru a vedea acest lucru, încercați doar să stați aproape de o altă persoană – există o limită la cât de aproape puteți ajunge. Acest lucru se datorează faptului că electronii, protonii etc. din corpul nostru rezistă să fie stivuiți unul peste celălalt. Același lucru nu este cazul cuantelor de câmp, care pot fi ambalate la fel de strâns după cum este necesar.
această diferență esențială trebuie abordată atunci când ne uităm la sisteme de particule identice, de exemplu, colecții de electroni sau fotoni. Diferența se manifestă în proprietățile statistice ale sistemului de multe particule. Particulele de materie, cum ar fi electronii, protonii etc., respectă ceea ce este cunoscut sub numele de statistici Fermi-Dirac și, prin urmare, sunt cunoscute sub numele de fermioni. Cuantele de câmp, de exemplu, respectă ceea ce se numește statistici Bose-Einstein și sunt denumite colectiv ‘bosoni’.
în general auzim mai puține despre bosoni. Există bosonul Higgs care dă masă particulelor precum protonii și neutronii. Există bosonii W și Z asociați cu forța slabă și nutrinos.
de ce le numim bosoni?
acum, de ce sunt aceste particule cunoscute sub numele de bosoni? Bose a fost cel care și-a dat seama (în cazul specific al fotonilor) cum s-ar comporta un grup de fotoni identici. El a fost interesat să reproducă, matematic, Legea radiației lui Planck folosind doar idei mecanice cuantice. El a folosit o tehnică în acest calcul care a pus bazele statisticilor cuantice. Apoi și-a trimis lucrarea lui Albert Einstein, care a recunoscut valoarea calculului său și a tradus lucrarea în Germană și publicată în revista Zeitschrift fur Physik. Această lucrare s-a dovedit a fi una seminală, iar tehnica folosită de Bose merge sub numele de statistici Bose-Einstein, iar particulele precum fotonii care se supun acestor statistici se numesc bosoni.
în timp ce Bose însuși nu și-a dat seama de Enorma descoperire pe care a făcut-o, Einstein a făcut-o și a dus munca lui Bose mult mai departe. Fizicianul Paul Dirac a fost primul care a folosit termenul „boson” pentru a descrie particulele care au respectat Statisticile Bose-Einstein, pentru a sărbători contribuția lui Bose la dezvoltarea acestei teorii.