ボソン

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、...）である素粒子である。ボソンは素粒子の2つの基本的なクラスの1つを形成し、もう1つはフェルミオンであり、フェルミオンは奇数の半整数スピン（1 ⁄ 2、3 ⁄ 2、5 ⁄ 2、...）を持つ。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ある。ポール・ディラックは、インドの物理学者 サティエンドラ・ナート・ボースの貢献を記念してボソンという名前を作った。

一部のボソンは素粒子物理学において特別な役割を担う素粒子であり、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）の役割とは異なる。特定の素ボソン（グルーオンなど）は力の運搬体として機能し、他の粒子間に力を生じさせる。一方、1つ（ヒッグス粒子）は質量現象に寄与する。中間子などの他のボソンは、より小さな構成要素から構成される複合粒子である。

素粒子物理学の領域外では、複数の同一の複合ボソン（この文脈では「ボーズ粒子」と呼ばれることもある）が、高密度または低温でボーズ・アインシュタイン統計で説明される特徴的な挙動を示す。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体になる。同様に、クーパー対などの一部の準粒子が同様に挙動する ため、超伝導が生じる。

ボソンという名前は、インドの物理学者サティエンドラ・ナート・ボースの貢献を記念して、ポール・ディラック^{[3] [4]}によって造られた。ボーズがベンガル（現在のバングラデシュ）のダッカ大​​学の講師（後に教授）だったとき、^{[5] [6]}彼とアルバート・アインシュタインは、現在ボーズ・アインシュタイン統計およびボーズ・アインシュタイン凝縮として知られる、そのような粒子を特徴付ける理論を開発した。^[7]

観測される素粒子はすべて、ボソン（整数スピン）かフェルミオン（奇数の半整数スピン）のいずれかです。^{[8]通常の物質（}レプトンとクォーク）を構成する素粒子はフェルミオンですが、素粒子ボソンは粒子物理学において特別な役割を果たします。ボソンは、他の粒子間に力を生じさせる力の運搬体として作用するか、質量現象を生じさせる場合があります。

素粒子物理学の標準モデルによれば、5 つの基本ボソンが存在します。

• 1つのスカラーボソン（スピン = 0）
  • 
    H⁰
    ヒッグス粒子–ヒッグス機構を介して質量現象に寄与する粒子
• 力のキャリアとして機能する4 つのベクトル ボソン(スピン = 1) 。これらはゲージ ボソンです。
  • 
    γ
    光子–電磁場の力の担い手
  • 
    グ
    グルーオン（8種類） –強い力を媒介する力の担い手
  • 
    ず
    中性弱ボソン–弱い力を媒介する力の担い手
  • 
    わ^±
      荷電弱粒子（2種類） – 弱い力を媒介する力の担い手でもある

• 重力子（G）と呼ばれる2次テンソル粒子（スピン = 2）が重力の力の媒体であると仮定されてきたが、これまでのところ、標準モデルに重力を組み込む試みはすべて失敗している。^[a]

複合粒子 (ハドロン、原子核、原子など) は、その構成要素に応じ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、フェルミオンは奇数の半整数スピンを持つため、偶数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。

複合ボソンには以下のものが含まれます。

• あらゆるタイプの中間子
• 重水素、ヘリウム4（アルファ粒子）、^[9]炭素12、鉛208など、質量数が偶数である安定した原子核。 ^[b]

量子粒子として、高密度での複数の区別できないボソンの挙動は、ボーズ・アインシュタイン統計によって記述されます。ボーズ・アインシュタイン凝縮体の超流動やその他の応用において重要になる特性の 1 つは、同じ量子状態を占めるボソンの数に制限がないことです。その結果、たとえばヘリウム 4原子のガスが絶対零度に非常に近い温度まで冷却され、粒子の運動エネルギーが無視できるようになると、低エネルギー状態に凝縮して超流動になります。

特定の準粒子はボソンとして振る舞い、ボーズ・アインシュタインの統計に従うことが観測されており、クーパー対、プラズモン、フォノンが含まれる。^{[10] ：130}

• エニオン – 2次元準粒子の一種
• ボースガス – 多数のボソンの物質状態
• 準統計学 – 統計力学の概念