في فيزياء الجسيمات، البوزون هو نوع من الجسيمات يخضع لقواعد إحصائيات بوز-آينشتاين، حيث تحتوي هذه البوزونات أيضًا على دوران كمي يحتوي على قيمة عدد صحيح، مثل 0، 1، -1، -2، 2، إلخ، وأيضا مثل 1/2 و -1 / 2 و -3 / 2 وما إلى ذلك.
ماذا يقصد بالبوزونات في فيزياء الكم
تسمى البوزونات أحيانًا بجسيمات القوة، لأن البوزونات هي التي تقوم بعمل تفاعل القوى الفيزيائية، مثل الكهرومغناطيسية وربما الجاذبية نفسها، ويأتي اسم البوزون من اسم العالم الفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز، وهو فيزيائي لامع من أوائل القرن العشرين شارك مع العالم ألبرت أينشتاين لتحديث أسلوب تحليل تسمى إحصائيات بوز-أينشتاين.
في محاولة لفهم قانون بلانك تمامًا الذي يمثل معادلة توازن الديناميكا الحرارية التي خرجت من عمل ماكس بلانك حول مشكلة إشعاع الجسم الأسود، اقترح بوز الطريقة لأول مرة في ورقة بحثية عام 1924 تحاول تحليل سلوك الفوتونات؛ حيث أرسل الورقة إلى أينشتاين، الذي كان قادرًا على نشرها ثم مضى لتوسيع منطق بوز إلى ما وراء مجرد الفوتونات، ولكن أيضًا للتطبيق على جسيمات المادة.
من أكثر التأثيرات الدراماتيكية لإحصاءات بوز-آينشتاين التنبؤ بأن البوزونات يمكن أن تتداخل وتتعايش مع بوزونات أخرى، ومن ناحية أخرى، لا تستطيع الفرميونات القيام بذلك، لأنها تتبع مبدأ استبعاد باولي.
حيث يركز الكيميائيون بشكل أساسي على الطريقة التي يؤثر بها مبدأ استبعاد باولي على سلوك الإلكترونات في المدار حول نواة ذرية؛ وبسبب هذا، فمن الممكن أن تصبح الفوتونات ليزرًا وبعض المادة قادرة على تشكيل الحالة الغريبة لتكثيف بوز -آينشتاين.
أنواع البوزونات
البوزونات الأساسية
وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الكم، هناك عدد من البوزونات الأساسية، والتي لا تتكون من جسيمات أصغر ويتضمن هذا البوزونات المقياس الأساسية، وهي الجسيمات التي تتوسط القوى الأساسية للفيزياء باستثناء الجاذبية، وتدور هذه البوزونات ذات المقاييس الأربعة، وقد تمت ملاحظتها جميعًا وبشكل تجريبي.
- الفوتون: المعروف باسم جسيم الضوء، حيث تحمل الفوتونات كل الطاقة الكهرومغناطيسية وتعمل كقياس للبوزون الذي يتوسط قوة التفاعلات الكهرومغناطيسية.
- Gluons: يتوسط غلون تفاعلات القوة النووية القوية، والتي تربط الكواركات معًا لتشكيل البروتونات والنيوترونات، كما أنها تحافظ أيضًا على البروتونات والنيوترونات معًا داخل نواة الذرة.
- W Boson: أحد البوزونات المقياسية المشاركة في التوسط في القوة النووية الضعيفة.
- Z Boson: أحد البوزونات المقياسية المشاركة في التوسط في القوة النووية الضعيفة.
بوزونات متوقعة
- Higgs Boson: وفقًا للنموذج القياسي، فإن (Higgs Boson) هو الجسيم الذي ينتج عنه كل الكتلة، ففي 4 يوليو 2012، أعلن العلماء في مصادم هادرون الكبير أن لديهم سببًا وجيهًا للاعتقاد بأنهم عثروا على دليل على بوزون هيغز.
المزيد من الأبحاث جارية في محاولة للحصول على معلومات أفضل حول الخصائص الدقيقة للجسيم، ومن المتوقع أن يكون للجسيم قيمة مغزلية كمومية تساوي 0، ولهذا السبب يُصنف على أنه بوزون.
- الجرافيتون: وهو جسيم تجريبي لم يكتشفه العلماء فهو تحت التجربة، ونظرًا لأن القوى الأساسية الأخرى الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة تم توضيحها جميعًا من حيث مقياس البوزون الذي يتوسط القوة.
كان من الطبيعي فقط محاولة استخدام نفس الآلية لشرح الجاذبية، حيث أن الجسيم النظري الناتج هو الجرافيتون، والذي يُتوقع أن يكون له قيمة دوران كمومية تبلغ 2.
- الشركاء البوزونيون الفائقون: بموجب نظرية التناظر الفائق، سيكون لكل فرميون نظير بوزوني لم يتم اكتشافه حتى الآن، ونظرًا لوجود 12 فرميونًا أساسيًا، فإن هذا يشير إلى أنه إذا كان التناظر الفائق صحيحًا، وهناك 12 بوزونًا أساسيًا آخر لم يتم اكتشافه بعد، ويفترض أنها غير مستقرة للغاية وقد تحللت إلى أشكال أخرى.
البوزونات المركبة
تتشكل بعض البوزونات عندما يتحد جسيمان أو أكثر معًا لتكوين جسيم مغزلي عدد صحيح، مثل:
- الميزون: تتشكل الميزونات عندما يترابط كواركان معًا، ونظرًا لأن الكواركات عبارة عن فرميونات ولها عدد لفات نصف صحيحة، إذا تم ربط اثنين منها معًا، فإن لف الجسيم الناتج وهو مجموع الدورات الفردية سيكون عددًا صحيحًا، مما يجعله بوزونًا.
- ذرة الهليوم 4: تحتوي ذرة الهليوم -4 على بروتونات و 2 نيوترون وإلكترونين؛ وإذا تم جمع كل هذه الدورات، فسوف ينتهي الأمر بعدد صحيح في كل مرة، ويعتبر الهيليوم 4 مهم جدا لأنه يصبح سائلًا فائقًا عند تبريده إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض، مما سيكون مثالًا رائعًا لإحصاءات بوز-آينشتاين وقت العمل.
نظرة عامة عن البوزونات
لماذا أطلق عليه البوزون
صاغ بول ديراك اسم البوزون لإحياء ذكرى مساهمة ساتيندرا ناث بوس، الفيزيائي الهندي وأستاذ الفيزياء في جامعة كلكتا وجامعة دكا، الذي طور بالاشتراك مع ألبرت أينشتاين النظرية التي تميز هذه الجسيمات المعروفة الآن باسم Bose.
هل البروتون بوزون
أي جسم يتكون من عدد زوجي من الفرميونات هو بوزون، في حين أن أي جسيم يتكون من عدد فردي من الفرميونات هو فرميون، فعلى سبيل المثال يتكون البروتون من ثلاثة كواركات ومن ثم فهو فرميون، وتتكون ذرة 4He من 2 بروتون و 2 نيوترون و 2 إلكترون، ومن ثم فهي بوزون.
هل تعتبر الجاذبية بوزون
يجب أن يكون الجرافيتون بوزون مغزلي 2 بسبب وجود الجاذبية، حيث يعتبر موتر الإجهاد والطاقة، وهو موتر من الدرجة الثانية بالنظر إلى بفوتون الدوران 1 الكهرومغناطيسي، وأساسه هو موتر رباعي التيار من الدرجة الأولى.
هل البوزونات لديها طاقة
لا توجد حالة طاقة سلبية للبوزونات، ولا تحتوي البوزونات على جسيمات مضادة.
ما أهمية البوزون في نشأن الكون
غالبًا ما يُطلق على بوزون هيغز الأعظم لأنه يُقال إنه سبب الانفجار العظيم؛ الذي هو سبب نشأة الكون منذ سنوات عديدة.
كم عدد البوزونات في الكون
جميع الجسيمات الأكبر وجميع المواد مصنوعة من الكواركات واللبتونات فقط، وفي الوقت نفسه؛ فإن خمسة بوزونات فقط هي القادرة على عمل جميع التفاعلات بين المادة، حيث إنها تحمل ثلاثًا من القوى الأساسية الأربعة في الطبيعة هي القوة الشديدة والقوة الضعيفة والكهرومغناطيسية.
مما يتكون البوزون
وتشمل هذه الميزونات التي تتشكل عندما يترابط كواركان؛ وحتى الذرات ذات الأعداد الزوجية من الفرميونات، على سبيل المثال، ذرات الهيليوم -4 هي بوزونات لأنها تتكون من بروتونين، ونيوترونين، وإلكترونين.
ما هي حالة مادة البوزون
يُشار إليها أحيانًا باسم الحالة الخامسة للمادة، وهي حالة مادة تنشأ عندما يتم تبريد الجسيمات، التي تسمى البوزونات، إلى ما يقرب من الصفر المطلق -273.15 درجة مئوية، أو -460 درجة فهرنهايت.
هل يمكن تدمير البوزونات
إن هيجز بوزون هو جسيم دون ذري ضروري لكون مستقر، فإذا أصبح غير مستقر، يمكن أن يخلق فوضى في الكون، وربما يبتلع كل شيء في طريقه ولا يترك شيئًا سوى فراغ بارد ومظلم.
هل الثقب الأسود بوزون
قد يكون الثقب الأسود فرميونًا لأنه مصنوع من المادة، حيث أن البوزونات هي بشكل عام حاملة للقوة، وهذا يعني أن الثقوب السوداء تنبعث منها الفرميونات من نوع الجرافيتونات.
هل أشعة جاما بوزون
لوحظ أن جسيم بوزون الجديد يتحلل إلى زوج من الفوتونات التي تسمى أشعة جاما، ونظرًا لأن الفوتونات لها دوران واحد، فإن الجسيم الذي تنبعث منه يجب أن يكون إما مغزلي 0 (1-1)، أو مغزلي 2 (1 + 1)، حيث أظهرت التجارب أن الجسيم الجديد له دوران متكامل، لذا فهو بوزون.
هل البوزونات أسرع من الضوء
الجسيمات التي يمكن أن تتحرك بسرعة الضوء هي جسيمات عديمة الكتلة مثل الفوتونات والغلونات، ونظرًا لأن بوزون هيغز جسيم ذو كتلة، فلا يمكنه أبدًا الوصول إلى سرعة الضوء.
لماذا يعتبر حقل بوزون هيغز غير مستقر
يُعتقد أن حقول هيجز في حالة مستقرة، مما يعني أنه على الرغم من أنها لا تخضع حاليًا لأي تغييرات، إلا أنه لا يُتوقع أيضًا أن تكون عند أدنى مستوى للطاقة، إنه فراغ كاذب مع الكثير من الطاقة الكامنة، إذ أن التهديد الذي نعرفه قد توقف.
بوزون هيغز هو الجسيم الأساسي الذي يحمل القوة في مجال هيغز، وهو المسؤول عن منح الجسيمات الأخرى كتلتها، حيث تم اقتراح هذا المجال لأول مرة في منتصف الستينيات من قبل بيتر هيجز الذي سمي الجسيم وزملاؤه باسمه.
