Bosone

bosone

Particella che segue la statistica di Bose-Einstein, teoria dovuta ai contributi separati di Satyendra Nath Bose e Albert Einstein, verificata da un sistema di particelle identiche che assumono stati quantici descritti da funzioni d’onda simmetriche nelle coordinate delle particelle (contrariamente ai fermioni, descritti da funzioni d’onda antisimmetriche). La relazione tra spin e statistica richiede che i bosoni abbiano spin intero. Alla famiglia dei bosoni appartengono i fotoni, i mesoni e tutti i sistemi composti da un numero pari di fermioni come i deuteroni o gli atomi dell’isotopo ⁴He. Più in generale, i nuclei atomici che hanno un numero pari di nucleoni sono considerati bosoni. Un sistema composto da un numero elevato di bosoni identici e indipendenti costituisce un gas di Bose. Si tratta di un gas degenere, che non può essere descritto dalla classica statistica di Maxwell-Boltzmann valida ad alte temperature. A bassissime temperature un gas di Bose ideale è sottoposto al fenomeno della condensazione di Bose-Einstein (prevista da Einstein nel 1925). Con tale locuzione si indica la transizione di un sistema di bosoni indistinguibili verso lo stato fondamentale dove le particelle hanno tutte l’energia più bassa possibile. Solo i bosoni sono soggetti a condensazione in quanto la statistica di Bose-Einstein garantisce l’occupabilità di tutti i livelli energetici da parte di un numero qualsiasi di particelle. Sui fermioni invece pone dei limiti il principio di esclusione di Pauli. La prima dimostrazione sperimentale di un fluido quantistico di atomi pesanti è stata ricavata da Carl E. Wieman e Eric A. Cornell nel 1995. In fisica nucleare si distingue tra mesoni e bosoni intermedi. Questi ultimi sono particelle che trasmettono le interazioni deboli, responsabili della radioattività β dei nuclei atomici e dell’instabilità di numerosi tipi di particelle elementari. I bosoni intermedi svolgono un importante ruolo nella teoria unificata elettrodebole, che prevede l’esistenza sia di bosoni elettricamente carichi (W^±) sia di bosoni neutri (Z). La loro esistenza è stata dimostrata sperimentalmente al CERN di Ginevra nel 1983.

→ Fisica nucleare; Particelle elementari; Supersimmetria