Bozony

      W układzie niestabilnym (np. pola elektromagnetycznego, oddziaływań silnych, słabych) zasada zachowania pędu, zasada zachowania energii cząstki (korpuskuły) zostają na chwile zakłócone (dopóki nie dotrze do nich informacja o przyczynie zakłócenia). Te zakłócenia kompensuje się wielkościami pochodzącymi z pola oddziaływania.

Zasadę zachowania można zapisać równaniem:

                      A przed niestabilnością    +     zakłócenia      =   A po niestabilnością

gdzie:

       A - pęd albo energia cząstek

       zakłócenia   – wielkości kompensacyjne pochodzące z pola, aby zasada była zachowana.

Wielkości kompensacyjne (zakłócenia) przypisuje się hipotetycznym cząstkom oddziaływania. Takie cząstki nazywa się bozonami.

      Bozony nie są bytami materialnymi, ale hipotetycznymi (wirtualnymi)  cząstkami, które posiadają właściwości podobne do wielkości cząstek (pęd, energie) materialnych. To są cząstki o naturze dynamicznej. W obrazie falowym cząstki oddziaływania wyraża się ilością fal w jednym centymetrze.

Bozony w odróżnieniu do fermionów (cząstki budujące materię, jak kwarki, leptony, protony, neutrony) mają spin (wewnętrzny kręt, orbitalny moment pędu) całkowity (1,2,3,...).  Bozonami są wszystkie cząstki przenoszące oddziaływania, a także te cząstki złożone, które zbudowane są z parzystej liczby fermionów (np. mezony). W kwantowej teorii pola oddziaływanie polega na wytworzeniu lub pochłonięciu cząstki przenoszącej oddziaływanie.

          Fermiony (np. kwarki, leptony protony i neutrony) mają spin niecałkowity (1/2, 3/2). Konsekwencją ich połówkowego spinu jest to, ze podlegają one Zakazowi Pauliego. Reguła ta zakazuje fermionom współistnieć w identycznym stanie w tym samym miejscu. Bozony jednak nie mają takich ograniczeń, w dodatku im więcej bozonów znajduje się w danym stanie kwantowym, tym większe jest prawdopodobieństwo, że kolejny również się tam znajdzie.

          Jak mówi się o bozonach Higgsa to nie należy tworzyć w umyśle jego  obrazu geometrycznego, wyobrażać sobie jego kształt, czy strukturę, bo są to cząstki wirtualne (dynamiczne) i dotyczą pola oddziaływania, pola Higgsa.  Pole to z kolei, to pole oddziaływania zapełniające całą przestrzeń (próżnię) i odpowiada za masą cząstek elementarnych. Cząstki te oddziałują z tym polem i nadają im masę. Im silniejsze jest oddziaływanie z tym polem, tym większą masę spoczynkową uzyskuje cząstka. Bozon Higgsa jest kwantem tego pola i rozwiązuje problem umasowienia bozonów pośredniczących.

         Jądro atomowe jest fermionem lub bozonem w zależności od tego, czy całkowita liczba protonów i neutronów jest liczbą parzystą bądź nieparzystą. Niedawno fizycy odkryli, że powoduje to bardzo dziwne zachowanie niektórych atomów w pewnych szczególnych warunkach, jak np. w przypadku helu ⁴He w bardzo niskiej temperaturze albo pary Coopera[1].

---

[1] Para Coopera jest to układ dwóch fermionów (np. elektronów) oddziałujących ze sobą poprzez drgania sieci krystalicznej – fonony, opisany przez Leona Coopera i będącym elementem teorii BCS nadprzewodnictwa niskotemperaturowego. Fermiony tworzące parę Coopera mają połówkowe spiny (które są skierowane w przeciwnych kierunkach); jednak wypadkowy spin układu jest całkowity – czyli para Coopera jest bozonem. Elektrony tworzące parę Coopera są opisywane przez funkcje falowe z przeciwnymi wektorami falowymi. W 1956 roku Leon Cooper wykazał, że prąd elektryczny w nadprzewodnikach jest przenoszony nie przez pojedyncze elektrony, lecz pary związanych elektronów, zwane parami Coopera.