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Bosón

En física de partículas, un bosón es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales de la naturaleza (el otro tipo son los fermiones).[1]

Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.
Distinción entre fermiones y bosones.
Fotografía de Satyendra Nath Bose.

La denominación «bosón» fue acuñada por Paul Dirac[2]​ para conmemorar la contribución del físico indio Satyendra Nath Bose,[3][4]​ junto con Einstein, en el desarrollo de la Estadística de Bose-Einstein la cual teoriza las características de las partículas elementales.[5]

Entre los ejemplos de bosones se incluyen partículas fundamentales como fotones, gluones, bosones W y Z (los cuatro bosones de gauge, portadores de fuerza del modelo estándar), el bosón de Higgs, y el gravitón[6]​ de gravedad cuántica; partículas compuestas (por ej.: mesones y núcleos estables de número de masa par como el deuterio (con un protón y un neutrón, número másico = 2), helio-4 o plomo-208; y algunas cuasipartículas (pares de Cooper, plasmones, y fonones).[7]

Los bosones se caracterizan por:

  1. Tienen un espín entero (0,1,2,...).
  2. No cumplen el principio de exclusión de Pauli y siguen la estadística de Bose-Einstein. Esto hace que presenten un fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein (el desarrollo de máseres y láseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones).
  3. La función de onda cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.

Por el teorema espín-estadística sabemos que la segunda y tercera característica son consecuencia necesaria de la primera.

Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho están compuestos de otras partículas. Por ejemplo, los núcleos de átomos de helio, bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aun cuando están compuestos por cuatro fermiones que, a su vez, no son elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energía.

Ejemplos de bosones

Bosones compuestos

Bosones de gauge simples

Véase también Anexo:Tabla_de_partículas#Bosones

Discusión

Todas las partículas elementales son bosones o fermiones, dependiendo de si su espín es entero o semientero. En física de altas energías y de partículas se dice que los bosones son los mediadores de fuerza o partículas portadoras de las interacciones fundamentales, puesto que los campos eléctromagnético, electrodébil, fuerte y presumiblemente el gravitatorio están asociados a partículas de espín entero. De hecho, la descripción cuántica de las interacciones fundamentales mencionadas consiste en el intercambio de una partícula que será siempre un bosón virtual. Así la interacción de dichos bosones virtuales con fermiones reales es lo que da lugar a dichas interacciones o fuerzas fundamentales. El alcance de dicha interacción en general viene dado por la masa de la partícula intercambiada.

A los bosones involucrados en dichas interacciones se les denomina bosones gauge. Estos son los bosones W y Z para la interacción débil, los gluones para la interacción fuerte, los fotones para la interacción electromagnética y el hipotético gravitón para la interacción gravitatoria.

Las partículas compuestas por otras partículas, como los protones, los neutrones o los núcleos atómicos, pueden ser bosones o fermiones dependiendo de su espín total. De ahí que muchos núcleos sean, de hecho, bosones. Basta que el número de fermiones que componga esa partícula sea par para que el sistema compuesto sea un bosón. Así, la mayoría de los elementos tiene isótopos que serán fermiones, es el caso del helio-3, o bosones, como el helio-4. El deuterio es también bosón; sin embargo, sus vecinos protio y tritio son fermiones.

Mientras que los fermiones están obligados a cumplir el principio de exclusión de Pauli: "no puede haber más de una partícula ocupando un mismo estado cuántico", no existe dicha exclusión para los bosones, ellos pueden ocupar estados cuánticos idénticos. El resultado de esto es que el espectro de un gas de fotones a cierta temperatura de equilibrio posee un espectro de Planck (ejemplos de ello son la radiación del cuerpo negro o la radiación del fondo cósmico de microondas, testigo que nos remonta al universo temprano). El trabajo con láseres, las propiedades de superfluido del helio-4 y la reciente formación del condensado de Bose-Einstein son todos consecuencia de la estadística de los bosones.

Las diferencias entre las estadísticas bosónica y fermiónica es solo apreciable en grandes densidades, cuando las funciones de onda se superponen. A bajas densidades, ambos tipos de estadísticas se aproximan a la estadística de Maxwell-Boltzmann, donde ambos tipos de partículas se comportan clásicamente.

Referencias

  1. Carroll, Sean (2007). «Guidebook Part 2». Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe. The Teaching Company. ISBN 1598033506. «página 43». 
  2. Notes on Dirac's lecture Developments in Atomic Theory at Le Palais de la Découverte, 6 December 1945, UKNATARCHI Dirac Papers BW83/2/257889. See note 64 to p. 331 in "The Strangest Man" by Graham Farmelo
  3. Bal, Hartosh Singh. . New York Times blog. Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2012. Consultado el 21 de Septiembr2 2012. 
  4. Daigle, Katy (10 de julio de 2012). «India: Enough about Higgs, let's discuss the boson». AP News. Consultado el 10 de julio de 2012. 
  5. «Higgs boson: The poetry of subatomic particles». BBC News. 4 de julio de 2012. Consultado el 6 de julio de 2012. 
  6. La partícula divina: Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?, pág 12 en Google libros
  7. Charles P. Poole, Jr. Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics. 11 March 2004. Academic Press. ISBN 978-0-08-054523-3. Consultado el 17 de marzo de 2015. «página 130». 

Enlaces externos

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre bosón.
  •   Datos: Q43101
  •   Multimedia: Bosons

bosón, para, otros, usos, este, término, véase, provenza, física, partículas, bosón, tipos, básicos, partículas, elementales, naturaleza, otro, tipo, fermiones, nombre, carga, eléctrica, componentes, materia, distinción, entre, fermiones, bosones, fotografía, . Para otros usos de este termino vease Boson de Provenza En fisica de particulas un boson es uno de los dos tipos basicos de particulas elementales de la naturaleza el otro tipo son los fermiones 1 Nombre y carga electrica de los componentes de la materia Distincion entre fermiones y bosones Fotografia de Satyendra Nath Bose La denominacion boson fue acunada por Paul Dirac 2 para conmemorar la contribucion del fisico indio Satyendra Nath Bose 3 4 junto con Einstein en el desarrollo de la Estadistica de Bose Einstein la cual teoriza las caracteristicas de las particulas elementales 5 Entre los ejemplos de bosones se incluyen particulas fundamentales como fotones gluones bosones W y Z los cuatro bosones de gauge portadores de fuerza del modelo estandar el boson de Higgs y el graviton 6 de gravedad cuantica particulas compuestas por ej mesones y nucleos estables de numero de masa par como el deuterio con un proton y un neutron numero masico 2 helio 4 o plomo 208 y algunas cuasiparticulas pares de Cooper plasmones y fonones 7 Los bosones se caracterizan por Tienen un espin entero 0 1 2 No cumplen el principio de exclusion de Pauli y siguen la estadistica de Bose Einstein Esto hace que presenten un fenomeno llamado condensacion de Bose Einstein el desarrollo de maseres y laseres fue posible puesto que los fotones de la luz son bosones La funcion de onda cuantica que describe sistemas de bosones es simetrica respecto al intercambio de particulas Por el teorema espin estadistica sabemos que la segunda y tercera caracteristica son consecuencia necesaria de la primera Algunos bosones aunque se comportan como bosones de hecho estan compuestos de otras particulas Por ejemplo los nucleos de atomos de helio bajo ciertas condiciones se comportan como bosones aun cuando estan compuestos por cuatro fermiones que a su vez no son elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energia Indice 1 Ejemplos de bosones 1 1 Bosones compuestos 1 2 Bosones de gauge simples 2 Discusion 3 Referencias 4 Enlaces externosEjemplos de bosones EditarBosones compuestos Editar El nucleo de deuterio un isotopo del hidrogeno Nucleos de helio 4 o particulas alfa En definitiva cualquier nucleo con espin entero Bosones de gauge simples Editar Vease tambien Anexo Tabla de particulas Bosones Fotones Fonones Bosones W y Z Gluones Boson de Higgs Boson X Gravitones Discusion EditarTodas las particulas elementales son bosones o fermiones dependiendo de si su espin es entero o semientero En fisica de altas energias y de particulas se dice que los bosones son los mediadores de fuerza o particulas portadoras de las interacciones fundamentales puesto que los campos electromagnetico electrodebil fuerte y presumiblemente el gravitatorio estan asociados a particulas de espin entero De hecho la descripcion cuantica de las interacciones fundamentales mencionadas consiste en el intercambio de una particula que sera siempre un boson virtual Asi la interaccion de dichos bosones virtuales con fermiones reales es lo que da lugar a dichas interacciones o fuerzas fundamentales El alcance de dicha interaccion en general viene dado por la masa de la particula intercambiada A los bosones involucrados en dichas interacciones se les denomina bosones gauge Estos son los bosones W y Z para la interaccion debil los gluones para la interaccion fuerte los fotones para la interaccion electromagnetica y el hipotetico graviton para la interaccion gravitatoria Las particulas compuestas por otras particulas como los protones los neutrones o los nucleos atomicos pueden ser bosones o fermiones dependiendo de su espin total De ahi que muchos nucleos sean de hecho bosones Basta que el numero de fermiones que componga esa particula sea par para que el sistema compuesto sea un boson Asi la mayoria de los elementos tiene isotopos que seran fermiones es el caso del helio 3 o bosones como el helio 4 El deuterio es tambien boson sin embargo sus vecinos protio y tritio son fermiones Mientras que los fermiones estan obligados a cumplir el principio de exclusion de Pauli no puede haber mas de una particula ocupando un mismo estado cuantico no existe dicha exclusion para los bosones ellos pueden ocupar estados cuanticos identicos El resultado de esto es que el espectro de un gas de fotones a cierta temperatura de equilibrio posee un espectro de Planck ejemplos de ello son la radiacion del cuerpo negro o la radiacion del fondo cosmico de microondas testigo que nos remonta al universo temprano El trabajo con laseres las propiedades de superfluido del helio 4 y la reciente formacion del condensado de Bose Einstein son todos consecuencia de la estadistica de los bosones Las diferencias entre las estadisticas bosonica y fermionica es solo apreciable en grandes densidades cuando las funciones de onda se superponen A bajas densidades ambos tipos de estadisticas se aproximan a la estadistica de Maxwell Boltzmann donde ambos tipos de particulas se comportan clasicamente Referencias Editar Carroll Sean 2007 Guidebook Part 2 Dark Matter Dark Energy The Dark Side of the Universe The Teaching Company ISBN 1598033506 pagina 43 fechaacceso requiere url ayuda Notes on Dirac s lecture Developments in Atomic Theory at Le Palais de la Decouverte 6 December 1945 UKNATARCHI Dirac Papers BW83 2 257889 See note 64 to p 331 in The Strangest Man by Graham Farmelo Bal Hartosh Singh The Bose in the Boson New York Times blog Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2012 Consultado el 21 de Septiembr2 2012 Daigle Katy 10 de julio de 2012 India Enough about Higgs let s discuss the boson AP News Consultado el 10 de julio de 2012 Higgs boson The poetry of subatomic particles BBC News 4 de julio de 2012 Consultado el 6 de julio de 2012 La particula divina Si el universo es la respuesta cual es la pregunta pag 12 en Google libros Charles P Poole Jr Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics 11 March 2004 Academic Press ISBN 978 0 08 054523 3 Consultado el 17 de marzo de 2015 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