En física de partículas , un bosón ( / ˈ b oʊ z ɒ n / [1] / ˈ b oʊ s ɒ n / [2] ) es una partícula subatómica cuyo número cuántico de espín tiene un valor entero (0, 1, 2, . ..). Los bosones forman una de las dos clases fundamentales de partículas subatómicas, la otra son los fermiones , que tienen espín medio entero impar ( 1 ⁄ 2 , 3 ⁄ 2 , 5 ⁄ 2 , ...). Cada partícula subatómica observada es un bosón o un fermión.
Algunos bosones son partículas elementales que ocupan un papel especial en la física de partículas, distinto del papel de los fermiones (que a veces se describen como los constituyentes de la "materia ordinaria"). Ciertos bosones elementales (p. ej., los gluones ) actúan como portadores de fuerzas , lo que da lugar a fuerzas entre otras partículas, mientras que uno (el bosón de Higgs ) contribuye al fenómeno de la masa . Otros bosones, como los mesones , son partículas compuestas formadas por constituyentes más pequeños.
Fuera del ámbito de la física de partículas, múltiples bosones compuestos idénticos (en este contexto, a veces conocidos como ' partículas bose ') se comportan a altas densidades o bajas temperaturas de una manera característica descrita por las estadísticas de Bose-Einstein : por ejemplo, un gas de átomos de helio-4. Se convierte en superfluido a temperaturas cercanas al cero absoluto. De manera similar, la superconductividad surge porque algunas cuasipartículas , como los pares de Cooper , se comportan de la misma manera.
El nombre bosón fue acuñado por Paul Dirac [3] [4] para conmemorar la contribución de Satyendra Nath Bose , un físico indio . Cuando Bose era lector (más tarde profesor) en la Universidad de Dhaka , Bengala (ahora en Bangladesh ), [5] [6] él y Albert Einstein desarrollaron la teoría que caracteriza tales partículas, ahora conocida como estadística de Bose-Einstein y estadística de Bose-Einstein. condensado . [7]
Todas las partículas elementales observadas son bosones (con espín entero) o fermiones (con espín medio entero impar). [8] Mientras que las partículas elementales que componen la materia ordinaria ( leptones y quarks ) son fermiones, los bosones elementales ocupan un papel especial en la física de partículas. Actúan como portadores de fuerzas que dan lugar a fuerzas entre otras partículas o, en un caso, dan lugar al fenómeno de la masa .
Según el Modelo Estándar de Física de Partículas existen cinco bosones elementales:
Las partículas compuestas (como hadrones , núcleos y átomos ) pueden ser bosones o fermiones dependiendo de sus constituyentes. Dado que los bosones tienen espín entero y los fermiones tienen espín medio entero impar, cualquier partícula compuesta formada por un número par de fermiones es un bosón.
Los bosones compuestos incluyen:
Como partículas cuánticas , las estadísticas de Bose-Einstein describen el comportamiento de múltiples bosones indistinguibles a altas densidades . Una característica que adquiere importancia en la superfluidez y otras aplicaciones de los condensados de Bose-Einstein es que no hay restricción en el número de bosones que pueden ocupar el mismo estado cuántico . Como consecuencia, cuando por ejemplo un gas de helio-4 átomos se enfría a temperaturas muy cercanas al cero absoluto y la energía cinética de las partículas se vuelve insignificante, se condensa en un estado de baja energía y se convierte en un superfluido .
Se observa que ciertas cuasipartículas se comportan como bosones y siguen las estadísticas de Bose-Einstein , incluidos pares de Cooper , plasmones y fonones . [10] : 130
Cada uno de los cinco tiene un espín entero distinto de cero.
... bosón: Partícula portadora de fuerza, a diferencia de una partícula de materia (fermión). Los bosones se pueden apilar unos encima de otros sin límite. Algunos ejemplos son fotones, gluones, gravitones, bosones débiles y el bosón de Higgs. El espín de un bosón es siempre un número entero: 0, 1, 2, etcétera...