Bozon tam sayı spini olan ve Bose-Einstein İstatistikleri’ne uyan temel parçacıklara verilen isimdir. Fermiyonların kuantum spinleri 1/2, -1/2, -3/2 şeklinde yarım tamsayı iken, bozonlarınki 0, 1, -1, -2, 2 şeklinde tam sayıdır.
Bozon ismi Hint fizikçi Satyendra Nath Bose’un soyisminden gelir. Bose yirminci yüzyılın başlarında Bose-Einstein İstatistikleri’ni geliştirmek için Albert Einstein’la çalışmış yetenekli bir fizikçiydi. Planck Yasası’nı tam olarak anlama gayretiyle, Bose ilk önce fotonların davranışlarını incelemeye çalışan 1924 tarihli makalesinde bir yöntem öne sürdü. Bu makaleyi onu yayınlatacak olan Albert Einstein‘a gönderdi ve Einstein bu makalenin devamını getirerek Bose’un akıl yürütme yöntemini fotonlardan tüm madde parçacıklarına genişletti.
Bose-Einstein İstatistikleri’nin en önemli tahmini bozonların üst üste gelebileği ve diğerleriyle birlikte var olabileceğiydi. Fermiyonlarsa Pauli Dışarlama İlkesi’ne uyduklarından bunu yapamazlar. Bu sebeple fotonların lazer olması mümkündür ve maddenin bir kısmı Bose-Einstein yoğuşmasının egzotik durumunu oluşturabilir.
Temel Bozonlar
Kuantum fiziğinin Standart Model‘ine göre kendilerinden daha küçük parçacıklardan oluşmayan temel bozonlardan vardır. Örneğin (kütleçekim hariç) fiziğin temel kuvvetlerini taşıyan ayar bozonları bunlardandır. Bu dört ayar bozonunun spini 1’dir ve deneysel olarak gözlemlenmişlerdir.
- Foton — Işık parçacığı olan fotonlar tüm elektromanyetik enerjiyi taşırlar ve elektromanyetik etkileşimleri taşıyan bir ayar bozonu olarak hareket ederler.
- Gluon — Gluonlar kuarkları bir araya getirerek proton ve nötronları oluşturan ve protonlarla nötronları da atomun içinde bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetin etkileşimleri yönetirler.
- W Bozonu — Zayıf nükleer kuvveti taşıyan iki ayar bozonundan biri W bozonudur.
- Z Bozonu — Zayıf nükleer kuvveti taşıyan iki ayar bozonundan biri Z bozonudur.
Bunlar haricinde başka temel bozonlar da vardır, ancak bunların kesin deneysel gözlemi gerçekleşmemiştir.
- Higgs Bozonu — Standart Model‘e göre Higgs bozonu evrendeki tüm maddeye kütle kazandıran parçacıktır. 4 Temmuz 2012’de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı‘ndan biliminsanları Higgs bozonunun kanıtları olduğunu düşündükleri sonuçlar elde ettiler. Parçacığın kesin özelliklerinin tespit edilmesi sürecinde ileri araştırmalar devam ediyor. Kuantum spininin 0 olduğu tahmin edildiğinden bu parçacık bir bozondur.
- Graviton — Graviton henüz deneysel olarak gözlemlenememiş kuramsal parçacıktır. Diğer temel kuvvetler –elektromanyetizma, zayıf etkileşim, güçlü etkileşim– kendilerini taşıyan ayar bozonlarıyla açıklandıklarından, aynı yöntem kütleçekim kuvvetine de uygulanmıştır. Bunun sonucunda ortaya çıkan 2 spinli parçacığın ismi gravitondur.
- Bozonik Süpereşler — Süpersimetri kuramına göre her fermiyonun henüz tespit edilemeyen bozon eşleri vardır. 12 temel fermiyon olduğuna göre, eğer süpersimetri doğruysa bunların henüz tespit edilemeyen 12 temel bozon eşi vardır. Gözlemlenememesinin nedeni de muhtemelen bu parçacıkların aşırı derecede kararsız olması ve diğer parçacıklara bozunmasıdır.
Bileşik Bozonlar
Aşağıdaki gibi, iki ya da daha fazla parçacık tam sayılı spine sahip bir parçacık oluşturmak için bir araya geldiklerinde bozonlar oluşurlar.
- Mezonlar — İki kuark birbirine bağlandığında mezonlar oluşurlar. Kuarklar fermiyondurlar ve yarım tam sayı spine sahip olduklarından iki tanesi bir araya geldiğinde tam sayı spine sahip bir parçacık oluşur.
Helyum-4 atomu 2 proton, 2 nötron ve 2 elektrondan oluşur. Bunların spinleri toplanırsa tam sayı spin elde edilir. İşin matematiği çift sayıda fermiyon bir araya geldiğinde buunların bozon olacağıdır.