Bosón

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 un espín impar semientero ( 1 ⁄ 2 , 3 ⁄ 2 , 5 ⁄ 2 , ...). Cada partícula subatómica observada es un bosón o un fermión. Paul Dirac acuñó el nombre de bosón para conmemorar la contribución de Satyendra Nath Bose , un físico indio.

Algunos bosones son partículas elementales que desempeñan 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 (por ejemplo, los gluones ) actúan como portadores de fuerza , que dan 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 de 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 un 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 Dacca , Bengala (ahora en Bangladesh ), ^{[5] [6]} él y Albert Einstein desarrollaron la teoría que caracteriza a dichas partículas, ahora conocida como estadística de Bose-Einstein y condensado de Bose-Einstein . ^[7]

Todas las partículas elementales observadas son bosones (con espín entero) o fermiones (con espín impar semientero). ^[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 fuerza 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 hay cinco bosones elementales:

• Un bosón escalar (espín = 0)
  • 
    yo⁰
    Bosón de Higgs : la partícula que contribuye al fenómeno de la masa a través del mecanismo de Higgs
• Cuatro bosones vectoriales (spin = 1) que actúan como portadores de fuerza . Estos son los bosones de calibración :
  • 
    gamma
      Fotón : el portador de fuerza del campo electromagnético
  • 
    gramo
      Gluones (ocho tipos diferentes): portadores de fuerza que median la interacción fuerte.
  • 
    O
      Bosón débil neutro : el portador de fuerza que media la fuerza débil
  • 
    Yo^±
      Bosones débiles cargados (dos tipos): también portadores de fuerza que median la fuerza débil

• Se ha planteado la hipótesis de que un bosón tensor de segundo orden (espín = 2) llamado gravitón (G) es el portador de la fuerza de la gravedad , pero hasta ahora todos los intentos de incorporar la gravedad al Modelo Estándar han fracasado. ^[a]

Las partículas compuestas (como los hadrones , los núcleos y los átomos ) pueden ser bosones o fermiones según sus constituyentes. Dado que los bosones tienen espín entero y los fermiones espín impar semientero, cualquier partícula compuesta formada por un número par de fermiones es un bosón.

Los bosones compuestos incluyen:

• Todos los mesones de cada tipo
• Núcleos estables con números de masa pares, como el deuterio , el helio-4 (la partícula alfa ), ^[9] el carbono-12 , el plomo-208 y muchos otros. ^[b]

Como partículas cuánticas , el comportamiento de múltiples bosones indistinguibles a altas densidades se describe mediante las estadísticas de Bose-Einstein . Una característica que se vuelve importante 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 átomos de helio-4 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 los pares de Cooper , los plasmones y los fonones . ^{[10] : 130}

• Anyon  – Tipo de cuasipartícula bidimensional
• Gas de Bose  – Estado de la materia de muchos bosones
• Paraestadística  – Noción de mecánica estadística