Definición de una partícula de bosón

En física de partículas, un bosón Es un tipo de partícula que obedece las reglas de las estadísticas de Bose-Einstein. Estos bosones también tienen un giro cuántico con contiene un valor entero, como 0, 1, -1, -2, 2, etc. (En comparación, hay otros tipos de partículas, llamadas fermiones, que tienen un giro de medio entero, como 1/2, -1/2, -3/2, etc.)

Los bosones a veces se llaman partículas de fuerza, porque son los bosones los que controlan la interacción de las fuerzas físicas, como el electromagnetismo y posiblemente incluso la gravedad misma.

El nombre bosón proviene del apellido del físico indio Satyendra Nath Bose, un físico brillante del principios del siglo XX que trabajó con Albert Einstein para desarrollar un método de análisis llamado Bose-Einstein Estadísticas. En un esfuerzo por comprender completamente la ley de Planck (la ecuación de equilibrio termodinámica que surgió del trabajo de Max Planck en el radiación de cuerpo negro problema), Bose propuso por primera vez el método en un artículo de 1924 tratando de analizar el comportamiento de los fotones. Envió el periódico a Einstein, quien pudo publicarlo... y luego extendió el razonamiento de Bose más allá de los simples fotones, pero también lo aplicó a las partículas de materia.

Uno de los efectos más dramáticos de las estadísticas de Bose-Einstein es la predicción de que los bosones pueden superponerse y coexistir con otros bosones. Los fermiones, por otro lado, no pueden hacer esto, porque siguen el Principio de exclusión de Pauli (los químicos se enfocan principalmente en la forma en que el Principio de Exclusión de Pauli impacta el comportamiento de los electrones en órbita alrededor de un núcleo atómico). Debido a esto, es posible que los fotones se conviertan en un láser y alguna materia es capaz de formar el estado exótico de un Condensado de Bose-Einstein.

Según el modelo estándar de física cuántica, hay una serie de bosones fundamentales, que no están formados por pequeños partículas. Esto incluye los bosones de calibre básico, las partículas que median el fuerzas fundamentales de la física (a excepción de la gravedad, que veremos en un momento). Estos cuatro bosones de calibre tienen spin 1 y todos han sido observados experimentalmente:

• Fotón - Conocidos como la partícula de luz, los fotones transportan toda la energía electromagnética y actúan como el bosón medidor que media la fuerza de las interacciones electromagnéticas.
• Gluon - Los gluones median las interacciones de la fuerza nuclear fuerte, que se une quarks formar protones y neutrones y también mantiene unidos los protones y los neutrones dentro del núcleo de un átomo.
• W Boson - Uno de los dos bosones de calibre involucrados en la mediación de la débil fuerza nuclear.
• Z Boson - Uno de los dos bosones de calibre involucrados en la mediación de la débil fuerza nuclear.

Además de lo anterior, hay otros bosones fundamentales predichos, pero sin una clara confirmación experimental (todavía):

• Bosón de Higgs - Según el modelo estándar, el bosón de Higgs es la partícula que da lugar a toda la masa. El 4 de julio de 2012, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones anunciaron que tenían buenas razones para creer que habían encontrado evidencia del Bosón de Higgs. Se están realizando más investigaciones en un intento de obtener mejor información sobre las propiedades exactas de la partícula. Se predice que la partícula tendrá un valor de giro cuántico de 0, por lo que se clasifica como un bosón.
• Graviton - El gravitón es una partícula teórica que aún no se ha detectado experimentalmente. Dado que las otras fuerzas fundamentales (electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil) se explican en términos de un bosón medidor que media la fuerza, era natural intentar usar el mismo mecanismo para explicar gravedad. La partícula teórica resultante es el gravitón, que tiene un valor cuántico de espín de 2.
• Supercompañeros bosónicos - Según la teoría de la supersimetría, cada fermión tendría una contraparte bosónica hasta ahora no detectada. Como hay 12 fermiones fundamentales, esto sugeriría que, si la supersimetría es cierta, hay otros 12 bosones fundamentales que aún no se han detectado, presumiblemente porque son altamente inestables y se han deteriorado otras formas.

Algunos bosones se forman cuando dos o más partículas se unen para crear una partícula de giro entero, como:

• Mesones - Los mesones se forman cuando dos quarks se unen. Como los quarks son fermiones y tienen giros de medio entero, si dos de ellos están unidos, entonces el giro de la partícula resultante (que es la suma de los giros individuales) sería un número entero, convirtiéndolo en un bosón
• Átomo de helio-4 - Un átomo de helio-4 contiene 2 protones, 2 neutrones y 2 electrones... y si sumas todos esos giros, terminarás con un número entero cada vez. El helio-4 es particularmente notable porque se convierte en un superfluido cuando se enfría a temperaturas ultrabajas, lo que lo convierte en un brillante ejemplo de las estadísticas de Bose-Einstein en acción.

Si sigue las matemáticas, cualquier partícula compuesta que contenga un número par de fermiones será un bosón, porque un número par de medios enteros siempre se sumará a un entero.