Bosoni: Alkeishiukkastyyppi

Bosonit on nimetty Satyendra Bosen mukaan. Useita bosoneja käsittävä systeemi noudattaa Bosen–Einsteinin statistiikkaa.

Yleisesti ottaen hiukkaset voidaan jakaa kahteen luokkaan spinin mukaan: Mikäli spin on puoliluku (useimmiten +1/2, –1/2, +3/2 tai –3/2), kutsutaan hiukkasta fermioniksi ja spinin ollessa kokonaisluku (0, 1, 2), on kyseessä bosoni.

Hiukkasten erottelu bosoneihin ja fermioneihin perustuu kvanttimekaniikkaan. Fermioneja koskee Paulin kieltosääntö, jonka mukaan kahta tai useampaa saman lajin fermionia ei voi olla samassa kvanttilukujen määrittämässä kvanttimekaanisessa tilassa. Bosoneja tämä kieltosääntö ei koske, vaan niitä voi olla samassa kvanttitilassa kuinka monta tahansa.

Ero bosonien ja fermionien välillä perustuu viime kädessä niiden aaltofunktion käyttäytymiseen kahden hiukkasen vaihdossa. Kahden identtisen fermionin aaltofunktio on antisymmetrinen, bosonien tapauksessa symmetrinen. Tällöin kahden samassa tilassa olevan samanlaisen fermionin yhdistetty aaltofunktio häviää identtisesti, joten tällainen kokonaistila ei ole mahdollinen.

Erona bosonien ja fermionien välillä on myös se, että fermionien eri ryhmille kuten baryoneille ja leptoneille on voimassa lukumäärän säilymislaki. Tällaista säilymislakia ei ole bosoneille, vaan niitä voi eri vuorovaikutustapahtumissa syntyä ja hävitä.

Bosonit jakaantuvat kahteen ryhmään: perusvuorovaikutusta välittäviin alkeishiukkasiin ja yhdistelmähiukkasiin.

Alkeishiukkasbosonit

Mittabosonit ovat alkeishiukkasia eikä niillä siis ole omaa sisäistä rakennetta, ja ne toimivat fermioneiden välillä perusvuorovaikutusten välittäjinä. Hiukkasfysiikan standardimallin mukaisesti mittabosoneita ovat

• gluoni, joka välittää vahvaa vuorovaikutusta
• W- ja Z-bosonit, jotka välittävät heikkoa vuorovaikutusta
• fotoni, joka välittää sähkömagneettista vuorovaikutusta

Myös gravitaatiovuorovaikutuksen hypoteettinen välittäjähiukkanen, gravitoni, on teorian mukaan bosoni, samoin kuin standardimallin ennustama Higgsin hiukkanen on bosoni. Standardimallin muut hiukkaset ovat fermioneja.

Yhdistelmäbosonit

Yhdistelmähiukkaset koostuvat pienemmistä hiukkasista ja eivät täten ole alkeishiukkasia. Yhdistelmähiukkaset kuuluvat joko bosoneihin tai fermioneihin. Fermionien (esimerkiksi kvarkkien) spin on puoliluku. Yhdistäessä parillinen määrä spin-½-hiukkasia saadaan yhdistelmähiukkanen, jonka spin on kokonaisluku. Tällainen yhdistelmähiukkanen on siis bosoni, vaikka se koostuukin fermioneista.

Esimerkkejä yhdistelmähiukkasbosoneista:

• mesoni, joka koostuu kahdesta kvarkista (esimerkiksi pioni ja kaoni).
• hiili-12-ydin, joka sisältää 12 fermionia: 6 protonia ja 6 neutronia
• helium-4-ydin, joka sisältää 4 fermionia: 2 protonia, 2 neutronia

• Bosen-Einsteinin kondensaatti
• Fermioni
• Mittabosoni
• Suprajohde

 

Wiki Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Bosoni.

• Hiukkasseikkailu – Bosonit, Fermionit

Hiukkaset fysiikassa

Alkeishiukkaset
Fermionit	Kvarkit - ylöskvarkki (u) - ylös-antikvarkki (u) - alaskvarkki (d) - alas-antikvarkki (d) - lumokvarkki (c) - lumo-antikvarkki (c) - outokvarkki (s) - outo-antikvarkki (s) - huippukvarkki (t) - huippu-antikvarkki (t) - pohjakvarkki (b) - pohja-antikvarkki (b) Leptonit e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · ve  · ve · vμ  · vμ · vτ  · vτ
Bosonit	Mittabosonit γ · g · W± · Z Skalaaribosonit H0
Hypoteettiset	Superpartnerit Aksiino · Chargiino · Fotiino · Gluiino · Gravitiino · Higgsiino · Neutraliino · Sfermionit Muut A0 · Dilatoni · G · m · Majoroni · Takyoni · W'  · Z' · X · Y · Steriili neutriino · Preoni
Yhdistelmähiukkaset
Hadronit	Baryonit N (p · n) Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω Mesonit π · ρ · η · η′ · φ · ω · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T
Muut	Atomi · Atomiydin · Dikvarkki · Eksoottinen atomi (Positronium · Myonium · Tauonium) · Molekyyli · Pentakvarkki · Tetrakvarkki
Hiukkaslöytöjen aikajana