Bozoni

Standardni model elementarnih čestica, s baždarnim i Higgsovim bozonom.

U pojednostavljenom Bohrovom modelu atoma vodika, Balmerova serija nastaje skokom elektrona na drugu energetsku razinu (n = 2). Prikazana je emisija kvanta svjetlosti. Prijelaz elektrona predstavlja H-alfa, prvu liniju Balmerove serije, valne duljine 656 nm.

Sažetak temeljnih međudjelovanja između subatomskih čestica opisanih standardnim modelom.

Animacija međudjelovanja jake nuklearne sile (ili rezidualne jake nuklearne sile). Mali obojeni dvostruki diskovi su gluoni.

Simulacija hipotetskog raspada Higgsovog bozona.

Gravitacijski valovi naizmjenično sabijaju i rastežu prostor kroz koji prolaze.

Bozon (po S. N. Boseu) je subatomska čestica cjelobrojnoga spina koja se podvrgava Bose-Einsteinovoj statistici. Skupini bozona pripadaju fotoni, gluoni, W-bozoni, Z-bozoni, Higgsovi bozoni, gravitoni, mezoni i složenije čestice koje sadrže parni broj fermiona, na primjer atomske jezgre deuterija (²H) jer imaju spin 1 i atomske jezgre helija (⁴He) jer imaju spin 0. Elementarni bozoni su prenositelji temeljnih međudjelovanja (fundamentalnih interakcija).

Prema standardnom modelu, s obzirom na vrijednost spina, sve elementarne čestice dijele se u dvije velike grupe: fermione i bozone. U fermione spadaju elementarne čestice koje izgrađuju svu poznatu materiju (tvar) u svemiru, dok u bozone spadaju elementarne čestice koje se nazivaju baždarni bozoni. To su bozoni koji nemaju unutarnju strukturu, u potpunosti su elementarni i definiraju se kao čestice prijenosnici 3 temeljne sile prirode (jaka nuklearna sila, slaba nuklearna sila i elektromagnetska sila), ne računajući gravitaciju.

Bozon	Oznaka	Antičestica	Električni naboj Q/e	Spin	Masa (MeV/c2)
foton	γ	sam sebi	0	1	0
W-bozon	W-	W+	-1	1	80,38
Z-bozon	Z	sam sebi	0	1	91,19
gluon	g	sam sebi	0	1	0
Higgsov bozon	H0	sam sebi	0	0	125,09
graviton	G	sam sebi	0	2	0

Foton

Podrobniji članak o temi: Foton

Foton (prema grč. φῶς, genitiv: φωτός: svjetlοst), svjetlosni kvant ili kvant elektromagnetskoga zračenja (oznaka γ) je osnovni djelić energije elektromagnetskoga zračenja, elementarna čestica koja je posrednik u prenošenju elektromagnetskoga međudjelovanja. U vakuumu se foton giba brzinom svjetlosti, a nema masu, električni naboj, ni energiju mirovanja. Njegov je spin jednak jedinici i pripada u skupinu bozona. Foton kao pojam uveo je A. Einstein 1905. kako bi objasnio fotoelektrični učinak, koji se nije mogao objasniti s pomoću valne teorije elektromagnetskoga zračenja. Elektromagnetsko zračenje frekvencije ν pokazuje pri međudjelovanju s tvari da se sastoji od nedjeljivih fotona energije:

$E=h\cdot \nu$

gdje je: h - Planckova konstanta. Fotoni nastaju u mnogim prirodnim procesima: pri ubrzavanju električki nabijenih čestica (sinkrotronsko zračenje), pri nuklearnoj, atomskoj ili molekularnoj pretvorbi (transformaciji) iz stanja više energije u stanje niže energije, pri poništenju (anihilaciji) čestica i antičestica.

W i Z bozoni

Podrobniji članak o temi: W i Z bozoni

W i Z bozoni su elementarne čestice prijenosnici slabe nuklearne sile, odgovorne za raspade protona u neutrone i obrnuto. Za razliku od ostalih baždarnih bozona, mase mirovanja su mi različite od nule, a iznose 80,4 i 91,2 GeV/c², što je gotovo 100 puta više od mase protona, zbog čega im je djelovanje ograničeno na atomsku jezgru.

W-bozon

W-bozon (oznaka W^±) je subatomska čestica koja kao prijenosnik temeljne slabe nuklearne sile postoji u dva električki nabijena stanja, u negativnom stanju je čestica, a u pozitivnom stanju je antičestica. Sa Z-bozonom, gluonom i fotonom čini skupinu baždarnih bozona elektroslaboga i jakoga međudjelovanja (jaka nuklearna sila). W-bozoni otkriveni su 1983. u CERN-u u Ženevi, u skladu s predviđanjima modela S. L. Glashowa, S. Weinberga i A. Salama (Nobelova nagrada za fiziku 1979.). Njihova razmjerno velika masa, m_W = 80,385 ± 0,015 GeV/c², objašnjava kratkodosežnost i izrazito malu jakost slabe sile pri uobičajenim niskoenergijskim procesima subatomskih čestica.

Z-bozon

Z-bozon (oznaka Z) je subatomska čestica koja je prijenosnik temeljne slabe sile, električki je neutralna i sama sebi antičestica. S W-bozonom, gluonom i fotonom čini baždarne bozone elektroslaboga i jakoga međudjelovanja. Z-bozoni otkriveni su 1983. u CERN-u u Ženevi, u skladu s predviđanjima modela S. L. Glashowa, S. Weinberga i A. Salama (Nobelova nagrada za fiziku 1979.). Njihova razmjerno velika masa, m_Z = 91,1875 ± 0,0021 GeV/c², objašnjava kratkodosežnost i izrazito malu jakost slabe sile pri uobičajenim niskoenergijskim procesima subatomskih čestica.

Gluon

Podrobniji članak o temi: Gluon

Gluon (eng. gluon, od glue: ljepilo koje dolazi od fran. glu: ljepak [od imele] i kasnolat. glus, genitiv glutis, za klas. lat. gluten; oznaka g) je elementarna čestica bez mase, koja prenosi temeljno jako međudjelovanje (jaka nuklearna sila) i veže kvarkove u hadronima, bozon spina 1. Međudjelovanje kvarkova prenosi se emisijom i apsorpcijom gluona, slično kao što se elektromagnetsko međudjelovanju prenosi fotonima. Razlika je u tome što fotoni nemaju električni naboj i uzajamno ne međudjeluju, a gluoni imaju 8 vrsta naboja boje pa između njih djeluje jaka sila. Gluone je teorijski predvidio M. Gell-Mann 1964. a pokusima su potvrđeni 1979. s pomoću gluonskih mlazova u istraživačkom središtu DESY (njemački elektronski sinkrotron) u Hamburgu.

Higgsov bozon

Podrobniji članak o temi: Higgsov bozon

Higgsov bozon (po P. Higgsu; oznaka H⁰) je bozon uveden u standardnu teoriju čestica i sila (1964.) radi objašnjenja kako je prilikom nastanka svemira narušena elektroslaba simetrija pa je nastao veći broj subatomskih čestica nego antičestica i zašto čestice imaju masu. Njegova je masa približno 125,09 GeV/c², spin 0, vrijeme poluraspada 1,56 × 10^–22 s, električki je neutralan i sam je sebi antičestica. Može se raspasti na dva W-bozona:

$\mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {W} ^{+}+\mathrm {W} ^{-}$

dva Z-bozona:

$\mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {Z} ^{0}+\mathrm {Z} ^{0}$

dva fotona:

$\mathrm {H} ^{0}\rightarrow \mathrm {\gamma } +\mathrm {\gamma }$

i drugo.

Graviton

Podrobniji članak o temi: Graviton

Graviton (prema gravitacija) je kvant gravitacijskog polja, prijenosnik temeljne gravitacijske sile. To je čestica s masom mirovanja jednakom nuli i nultim nabojem, bozon sa spinom 2∙h, a pripadno je polje tenzorsko. Graviton bi trebao biti kvant gravitacijskih valova, što ih je kao mreškanje (promjene) prostor-vremena koje se širi brzinom svjetlosti. Einstein predvidio već 1916. U supersimetričnim minimalnim proširenjima standardnoga modela (fizika elementarnih čestica), čestice cjelobrojnoga spina dobivaju partner-česticu polucijeloga spina. Tako bi gravitonu spina 2∙h odgovarao gravitino polucijeloga spina 3∙h/2.