Definisi Partikel Boson

Dalam fisika partikel, a boson adalah jenis partikel yang mematuhi aturan statistik Bose-Einstein. Boson ini juga memiliki spin kuantum dengan berisi nilai integer, seperti 0, 1, -1, -2, 2, dll. (Sebagai perbandingan, ada jenis partikel lain, yang disebut fermion, yang memiliki putaran setengah bilangan bulat, seperti 1/2, -1/2, -3/2, dan sebagainya.)

Boson kadang-kadang disebut partikel gaya, karena boson yang mengendalikan interaksi kekuatan fisik, seperti elektromagnetisme dan bahkan mungkin gravitasi itu sendiri.

Nama boson berasal dari nama keluarga fisikawan India Satyendra Nath Bose, seorang fisikawan brilian dari awal abad kedua puluh yang bekerja dengan Albert Einstein untuk mengembangkan metode analisis yang disebut Bose-Einstein statistik. Dalam upaya untuk sepenuhnya memahami hukum Planck (persamaan kesetimbangan termodinamika yang dihasilkan oleh karya Max Planck tentang radiasi benda hitam masalah), Bose pertama kali mengusulkan metode dalam makalah 1924 mencoba menganalisis perilaku foton. Dia mengirim kertas itu ke Einstein, yang bisa menerbitkannya... dan kemudian melanjutkan untuk memperluas alasan Bose di luar foton belaka, tetapi juga berlaku untuk partikel-partikel materi.

Salah satu efek paling dramatis dari statistik Bose-Einstein adalah prediksi bahwa boson dapat tumpang tindih dan hidup berdampingan dengan boson lainnya. Fermion, di sisi lain, tidak dapat melakukan ini, karena mereka mengikuti Prinsip Pengecualian Pauli (ahli kimia berfokus terutama pada cara Prinsip Pengecualian Pauli berdampak pada perilaku elektron dalam orbit di sekitar inti atom.) Karena itu, dimungkinkan bagi foton untuk menjadi laser dan beberapa hal mampu membentuk keadaan eksotis a Kondensat Bose-Einstein.

Menurut Model Standar fisika kuantum, ada sejumlah boson fundamental, yang tidak terdiri dari yang lebih kecil partikel. Ini termasuk bos pengukur dasar, partikel yang memediasi kekuatan fundamental fisika (Kecuali untuk gravitasi, yang akan kita bahas sebentar lagi). Keempat tolok ukur ini memiliki putaran 1 dan semuanya telah diamati secara eksperimental:

• Foton - Dikenal sebagai partikel cahaya, foton membawa semua energi elektromagnetik dan bertindak sebagai boson pengukur yang memediasi kekuatan interaksi elektromagnetik.
• Gluon - Gluon memediasi interaksi gaya nuklir kuat, yang mengikat bersama quark untuk membentuk proton dan neutron dan juga menyatukan proton dan neutron di dalam inti atom.
• W Boson - Salah satu dari dua boson ukuran yang terlibat dalam mediasi kekuatan nuklir yang lemah.
• Z Boson - Salah satu dari dua boson ukuran yang terlibat dalam mediasi kekuatan nuklir yang lemah.

Selain hal di atas, ada boson fundamental lain yang diprediksi, tetapi tanpa konfirmasi eksperimental yang jelas (belum):

• Higgs Boson - Menurut Model Standar, Higgs Boson adalah partikel yang memunculkan semua massa. Pada 4 Juli 2012, para ilmuwan di Large Hadron Collider mengumumkan bahwa mereka punya alasan kuat untuk percaya bahwa mereka telah menemukan bukti Higgs Boson. Penelitian lebih lanjut sedang berlangsung dalam upaya untuk mendapatkan informasi yang lebih baik tentang sifat pasti partikel. Partikel ini diprediksi memiliki nilai spin kuantum 0, oleh karena itu ia diklasifikasikan sebagai boson.
• Graviton - Graviton adalah partikel teoretis yang belum terdeteksi secara eksperimental. Karena kekuatan fundamental lainnya - elektromagnetisme, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah - semuanya dijelaskan dalam Dalam hal ukuran boson yang memediasi kekuatan, adalah wajar untuk mencoba menggunakan mekanisme yang sama untuk menjelaskan gravitasi. Partikel teoretis yang dihasilkan adalah graviton, yang diperkirakan memiliki nilai spin kuantum 2.
• Superpartners Bosonic - Di bawah teori supersimetri, setiap fermion akan memiliki rekan bosonik yang sejauh ini tidak terdeteksi. Karena ada 12 fermion mendasar, ini akan menunjukkan bahwa - jika supersimetri benar - ada 12 lainnya boson fundamental yang belum terdeteksi, mungkin karena mereka sangat tidak stabil dan telah membusuk bentuk lain.

Beberapa boson terbentuk ketika dua atau lebih partikel bergabung bersama untuk membuat partikel bilangan bulat, seperti:

• Meson - Meson terbentuk ketika dua quark terikat bersama. Karena quark adalah fermion dan memiliki putaran setengah bilangan bulat, jika dua di antaranya terikat bersama, maka putaran dari partikel yang dihasilkan (yang merupakan jumlah dari masing-masing putaran) akan menjadi bilangan bulat, menjadikannya a boson.
• Atom Helium-4 - Sebuah atom helium-4 mengandung 2 proton, 2 neutron, dan 2 elektron... dan jika Anda menambahkan semua putaran itu, Anda akan berakhir dengan integer setiap saat. Helium-4 sangat penting karena menjadi superfluid ketika didinginkan ke suhu yang sangat rendah, menjadikannya contoh cemerlang dari statistik Bose-Einstein dalam aksi.

Jika Anda mengikuti matematika, setiap partikel komposit yang berisi fermion genap akan menjadi boson, karena jumlah genap setengah bilangan bulat selalu akan bertambah hingga bilangan bulat.