Boson

Boson(tiếng Việt đọc là: Bô dông), đặt tên theonhà vật lýngườiẤn Độ Satyendra Nath Bose,là một trong hai loại hạt cơ bản trong tự nhiên (loại hạt kia làfermion). Chúng là loại hạt duy nhất tuân theothống kê Bose-Einstein,nghĩa là chúng có thể nằm cùng mộttrạng thái lượng tử(không tuân thủnguyên lý Pauli). Theolý thuyết thống kê spin,chúng cóspinlấy giá trịnguyên.

Các tính chất nêu trên của boson hoàn toàn đối lập vớifermion(có spin bán nguyên, tuân thủ nguyên lý Pauli).

Theomô hình chuẩn,mộtlý thuyết gauge,lực giữa các fermion được mô hình hóa bằng cách tạo ra các boson, có tác dụng như các thành phần trung gian.Hệ Lagrangecủa mỗi tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi gauge, vì thế các boson này còn được gọi làgauge boson.Gauge bosonlà cáchạt cơ bảnmangtương tác cơ bản.Chúng làW bosoncủalực hạt nhân yếu,gluoncủalực hạt nhân mạnh,photoncủalực điện từ,vàgravitoncủalực hấp dẫn.

Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi mộtnhóm unita,gọi lànhóm gauge.Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác yếu là SU(2)xU(1). Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higg boson là boson duy nhất không thuộc gauge boson, các tính chất của boson này vẫn còn được bàn cãi.

Mọi hạt trong tự nhiên đều hoặc là boson hoặc làfermion.Các hạt tạo nên từ các hạt cơ bản hơn (nhưprotonhayhạt nhân nguyên tử) cũng thuộc một trong hai nhóm boson và fermion, phụ thuộc vào tổng spin của chúng.

Các tính chất boson của photon giải thíchbức xạ vật đenvà hoạt động củalaser.Tính chất boson củaheli-4giải thích khả năng tồn tại ở trạng tháisiêu lỏng.Những boson cũng có thể nằm ở trạng tháiđông đặc Bose-Einstein,mộttrạng thái vật chấtđặc biệt ở đó mọi hạt đều ở cùng một trạng thái lượng tử.

Đông đặc Bose-Einsteinchỉ xảy ra tạinhiệt độrất thấp. Ở nhiệt độ thường, boson và fermion đều ứng xử rất giống nhau, giốnghạt cổ điểntuân thủ gần đúngthống kê Maxwell-Boltzmann.Lý do là vì cả thống kê Bose-Einstein vàthống kê Fermi-Dirac(thống kê hạt fermion) đều tiệm cận đến thống kê Maxwell-Boltzmann ở nhiệt độ phòng.

Các boson trong mô hình chuẩn là:

Photon,hạt trung gian trongtương tác điện từ.
WvàZ boson,hạt trung gian tronglực hạt nhân yếu.
8gluon,hạt truyền trung gian tronglực hạt nhân mạnh.6 trong số các gluon được đánh dấu bằng các cặp "màu" và "đối màu" (ví dụ như một hạt gluon mang màu "đỏ" và "đối đỏ" ), 2 gluon còn lại là cặp màu được "pha trộn" phức tạp hơn.
Higgs boson,hạt gây ra bất đối xứng trong cácnhóm gauge,và cũng là loại hạt tạo rakhối lượng quán tính.

Gravitonlà boson được cho là hạt truyền tương tác củatương tác hấp dẫn,nhưng không được nhắc đến trong mô hình chuẩn.

Các ví dụ boson khác:

Hạt nhân với spin nguyên
Nguyên tửHeli-4
Nguyên tửNatri-23
phonon

Tham khảo

Sakurai, J.J. (1994).Modern Quantum Mechanics(Revised Edition), pp 361–363. Addison-Wesley Publishing Company.ISBN 0-201-53929-2.

Xem thêm