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In fisica quantistica i bosoni, così chiamati in onore del fisico indiano Satyendra Nath Bose, sono una delle
due classi fondamentali in cui si dividono le particelle: i bosoni e i fermioni. I fermioni si distinguono dai
bosoni per il fatto che mentre i primi obbediscono al principio di esclusione di Pauli:
un singolo stato quantico non può essere occupato da più di un fermione
i bosoni sono liberi d'affollare in gran numero uno stesso stato quantico. La luce laser ne è un caso specifico
relativo ai fotoni.
Indice
1 Bosoni e simmetria
2 Spin dei bosoni
3 I bosoni nella fisica subnucleare
4 I bosoni nella fisica della materia
5 Voci correlate
La proprietà di obbedire o meno al principio di esclusione di Pauli si traduce
matematicamente nel fatto che i bosoni seguono la statistica di Bose-Einstein
mentre i fermioni la statistica di Fermi-Dirac. Le conseguenze sono che i bosoni e i fermioni presentano
proprietà diverse di simmetria sotto lo scambio di due particelle: un sistema composto di particelle identiche
della classe bosonica si trova sempre in uno stato globale completamente simmetrico sotto lo scambio di due
particelle. Un sistema composto di fermioni identici, al contrario, si trova sempre in uno stato
anti-simmetrico sotto lo scambio di due fermioni.
Esiste un teorema, il teorema spin-statistica che lega lo spin delle particelle alla
statistica alla quale esse devono obbedire. La tesi del teorema enuncia che particelle
a spin intero sono necessariamente bosoni mentre quelle a spin semi-intero sono necessariamente fermioni.
Per approfondire, vedi la voce fisica subnucleare.
In fisica nucleare, subnucleare o delle particelle elementari i bosoni si distinguono in bosoni intermedi e in
mesoni, ma questi ultimi si ritiene che non siano particelle elementari. Un mesone è infatti costituito da una
coppia di particelle elementari: un quark e un antiquark. I bosoni si distinguono in base al loro spin in: bosoni
pseudoscalari (con spin 0) ed energia più bassa, quando quark e antiquark hanno spin opposto, e in bosoni
vettore (spin 1), dove quark e antiquark hanno spin parallelo. Entrambi si presentano in versioni a più alta
energia, dove lo spin è aumentato dal momento angolare orbitale.
Particelle composte da un insieme di molte altre particelle (come i protoni o i nuclei atomici) possono
comportarsi come fermioni o bosoni, in funzione del loro spin totale: di conseguenza, molti nuclei atomici
sono di fatto bosoni.
Le quattro forze fondamentali della natura sono mediate da bosoni elementari, ovvero, l'effetto della forza
viene spiegato come dovuto allo scambio fra due corpi di bosoni mediatori della forza:
l'elettromagnetismo è mediato dai fotoni, bosoni di spin pari a 1 senza carica né massa a riposo;
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la forza nucleare debole è mediata dai bosoni W e Z, di spin pari ad 1, la cui carica è unitaria per i W
(+1 o -1) mentre gli Z sono privi di carica. I W possiedono massa a riposo di 81 GeV mentre il bosone
Z ha una massa a riposo di 93 GeV.
la forza nucleare forte è mediata dai gluoni, bosoni di spin pari a 1 senza carica elettrica né massa a
riposo;
la gravità è mediata da gravitoni, bosoni di spin pari a 2 la cui carica e massa a riposo sono nulle;
Tali particelle sono a tutti gli effetti da considerarsi i "quanti" delle interazioni fondamentali, cioè i mediatori
delle rispettive forze; il coinvolgimento di un certo numero di bosoni si identifica con l'interazione stessa che
avviene dunque per quantità discrete. Mentre l'interazione dei fotoni, cioè di radiazione elettromagnetica, è
esperienza quotidiana per chiunque, l'osservazione dei bosoni W e Z (prodotti negli acceleratori di particelle
ad esempio) è possibile tramite la ricostruzione della loro massa invariante. Evidenze ancora più indirette si
hanno dell'esistenza dei gluoni, mentre il gravitone è tuttora una particella ipotetica. L'interazione
gravitazionale infatti non è ancora stata "quantizzata" ed esistenza e natura del relativo quanto, il gravitone
appunto, è ancora oggetto di studio.
Per approfondire, vedi la voce fisica della materia.
Esempi di bosoni in fisica della materia sono:
gli atomi di elio liquido
le coppie di Cooper
i fononi
gli eccitoni
La caratteristica dei bosoni prevista dalla statistica di Bose-Einstein, di potersi trovare numerosi in uno
stesso stato quantistico conduce alla manifestazione di fenomeni eclatanti quali la condensazione di
Bose-Einstein. Un condensato di Bose-Einstein è un particolare stato della materia in cui tutte le particelle
sono confinate nel medesimo stato quantistico. Fenomeni legati a questa proprietà si manifestano nella
materia come alcuni fenomeni quali la superfluidità dell'isotopo 4 dell'elio, la perfetta conduttività dei
superconduttori.
Equazione di Klein-Gordon
Lista delle particelle
Bosoni pseudoscalari
Bosone vettore
Bosone vettore intermedio
Bosoni vettori assiali
Bosone di gauge
Bosone di Higgs
Bosoni W e Z
Bosoni X e Y
Legge di conservazione del numero barionico
Forza
Interazione nucleare
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Categoria: Bosoni
Ultima modifica per la pagina: 18:12, 25 apr 2011.
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