什么是玻色子

在粒子物理学中，玻色子是一种遵循玻色-爱因斯坦统计规则的粒子。这些玻色子还有一个包含整数值的量子自旋，比如0、1、-1、-2、2等(相比之下，还有其他类型的粒子，称为费米子，具有半整数自旋，比如1/2、-1/2、-3/2，等等)。

玻色子有什么特别之处?

玻色子有时被称为力粒子，因为玻色子控制着物理力的相互作用，比如电磁力，甚至可能是引力本身。

玻色子这个名字来自于印度物理学家萨蒂延德拉·纳特·玻色的姓氏，他是20世纪早期一位杰出的物理学家，曾与爱因斯坦合作开发了一种名为玻色-爱因斯坦统计的分析方法。为了充分理解普朗克定律(马克斯·普朗克在黑体辐射问题上的工作得出的热力学平衡方程)，玻色在1924年的一篇论文中首次提出了这种方法，试图分析光子的行为。他把这篇论文寄给了爱因斯坦，爱因斯坦使它得以发表。然后将玻色的推理扩展到光子之外，还适用于物质粒子。

玻色子-爱因斯坦统计的最引人注目的影响之一是预测玻色子可以与其他玻色子重叠并共存。另一方面，费米子无法做到这一点，因为它们遵循泡利不相容原理(化学家主要关注的是泡利不相容原理如何影响电子在原子核周围轨道上的行为)。正因为如此，光子变成激光是可能的，一些物质能够形成玻色-爱因斯坦凝聚的奇异态。

基本的玻色子

根据量子物理的标准模型，存在许多基本玻色子，它们不是由更小的粒子组成的。这包括基本规范玻色子，它们是调节基本物理力的粒子(引力除外，我们马上就会讲到)。这四个规范玻色子的自旋都是1，并且都已经被实验观察到:

光子-被称为光的粒子，光子携带所有的电磁能，并作为规范玻色子中介电磁相互作用的力量。胶子——胶子介导强核力的相互作用，强核力将夸克结合在一起形成质子和中子，也将质子和中子结合在原子核内。W玻色子-参与调停弱核力的两个标准玻色子之一。Z玻色子-调停弱核力的两个标准玻色子之一。

除了上述，还有其他被预测的基本玻色子，但尚未得到明确的实验证实:

希格斯玻色子-根据标准模型，希格斯玻色子是产生所有质量的粒子。2012年7月4日，大型强子对撞机的科学家们宣布，他们有充分的理由相信他们发现了希格斯玻色子存在的证据。为了更好地了解这种粒子的确切性质，进一步的研究正在进行中。据预测，这种粒子的量子自旋值为0，这就是为什么它被归类为玻色子。引力子-引力子是一种理论粒子，还没有被实验检测到。由于其他基本力——电磁力、强核力和弱核力——都是用调节作用力的标准玻色子来解释的，因此尝试用同样的机制来解释引力是很自然的。由此产生的理论粒子是引力子，据预测它的量子自旋值为2。玻色子超伙伴-在超对称理论下，每个费米子都有一个迄今为止未被探测到的玻色子对应体。既然有12个基本费米子，这将表明——如果超对称性是真的——还有另外12个基本玻色子尚未被探测到，这可能是因为它们高度不稳定，并且已经衰变为其他形式。

复合玻色子

当两个或多个粒子结合在一起形成一个整数自旋粒子时，就形成了一些玻色子，例如:

介子-当两个夸克结合在一起时形成介子。由于夸克是费米子，自旋为半整数，如果两个夸克结合在一起，那么最终粒子的自旋(即每个自旋之和)将为整数，从而成为玻色子。氦-4原子:一个氦-4原子包含2个质子、2个中子和2个电子……如果你把所有的自旋加起来，你每次都会得到一个整数。氦-4特别值得注意，因为当冷却到超低温时，它会变成超流体，使其成为玻色-爱因斯坦统计的一个杰出例子。