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素粒子物理学において、ボソン（/ ˈ b oʊ z ɒ n / [ 1 ] / ˈ b oʊ s ɒ n / [ 2 ]）は、スピン量子数が整数値（0、1、2、…）である素粒子です。ボソンのクラスは、素粒子の 2 つの基本クラスの 1 つであり、もう 1 つは奇数スピン（1/2、3/2、5/2、…）を持つフェルミオンです。観測されるすべての素粒子は、ボソンかフェルミオンのいずれかです。ポール・ディラックは、サティエンドラ・ナート・ボースが開拓した量子フレームワークであるボース・アインシュタイン統計に従う基本粒子を分類するために、ボソンという用語を作り出しました。
ボソンの中には、素粒子物理学において特別な役割を担う素粒子があり、フェルミオン（ 「通常の物質」の構成要素として説明されることもある）の役割とは異なります。グルーオンなどの特定の素粒子は力の伝達体として働き、他の粒子間の力を生み出します。また、ヒッグス粒子は質量の現象に寄与します。メソンなどの他のボソンは、より小さな構成要素からなる複合粒子です。
素粒子物理学の領域外では、複数の同一の複合ボソンが高密度または低温において、ボーズ＝アインシュタイン統計によって記述される特徴的な振る舞いを示す。例えば、ヘリウム4原子のガスは絶対零度に近い温度で超流動状態になる。同様に、クーパー対などの一部の準粒子がこのような特徴的な振る舞いを示すため、超伝導が生じる。
ボソンという用語は、インドの物理学者サティエンドラ・ナート・ボースが開拓した量子力学の枠組みであるボース＝アインシュタイン統計に従う素粒子を分類するために、ポール・ディラックによって造語されました[ 3 ] [ 4 ]。ベンガル（現在のバングラデシュ）のダッカ大学で講師（後に教授）を務めていたとき、ボースは画期的な発見をしました。光子を同一で区別できない粒子として扱うことで、古典物理学に頼ることなく、独自にプランクの法則を導き出したのです[6][ 7 ] 。彼はこの基礎的な原稿をアルバート・アインシュタインに送り、アインシュタインがその後この研究を翻訳して支持したことで、統計の正式な発展とボース＝アインシュタイン凝縮の理論的予測につながりました[ 8 ]。
観測されるすべての素粒子は、ボソン（整数スピン）またはフェルミオン（奇数半整数スピン）のいずれかです。[ 9 ]通常の物質を構成する素粒子（レプトンとクォーク）はフェルミオンですが、素粒子ボソンは素粒子物理学において特別な役割を担っています。ボソンは、他の粒子間の力を生み出す力の伝達体として作用するか、ある場合には質量の現象を生み出します。
素粒子物理学の標準模型によれば、5つの基本ボソンが存在する。
重力子（G）と呼ばれる2次テンソルボソン（スピン＝2）が重力の力伝達体として仮説として提唱されているが、これまでのところ、重力を標準模型に組み込む試みはすべて失敗に終わっている。[ a ]
複合粒子（ハドロン、原子核、原子など）は、構成要素によってボソンまたはフェルミオンになります。ボソンは整数スピンを持ち、フェルミオンは半奇数スピンを持つため、偶数個のフェルミオンで構成される複合粒子はすべてボソンです（例えば、水素原子の3つのクォークと1つの電子の場合、1/2 + 1/2 + 1/2 + 1/2 = 2）。
複合ボソンには以下が含まれます。
量子粒子として、高密度に存在する複数の区別できないボソンの振る舞いは、ボーズ・アインシュタイン統計によって記述されます。超流動やボーズ・アインシュタイン凝縮体のその他の応用において重要となる特性の一つは、同じ量子状態を占めることができるボソンの数に制限がないことです。その結果、例えばヘリウム4原子のガスを絶対零度に近い温度まで冷却し、粒子の運動エネルギーが無視できるほど小さくなると、低エネルギー状態に凝縮して超流動状態になります。
クーパー対、プラズモン、フォノンなど、特定の準粒子はボソンのように振る舞い、ボーズ・アインシュタイン統計に従うことが観測されている。[ 13 ]： 130
ボソン：
物質粒子（フェルミオン）とは対照的に、力を伝達する粒子。ボソンは無限に積み重ねることができる。例としては、光子、グルーオン、重力子、弱い相互作用のボソン、ヒッグス粒子などがある。ボソンのスピンは常に整数であり、0、1、2、…となる
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