بوزون – في فيزياء الجُسيمات، تخضع (البوزونات) أو يخضع البوزون لقوانين بوز-آينشتاين الإحصائية؛ إذ تمتلك تلك الجُسيمات لفًا مغزليًا كميًا بقيم صحيحة، مثل: (0، +1، -1، +2، -2)، بينما هناك نوع آخر من الجُسيمات يُطلق عليها اسم (الفيرميونات)، لديها لف مغزلي كمي أيضًا، لكنه نصف صحيح، أي يكون (1/2، -1/2، -3/2).
ما المميز بشأن البوزون أو البوزونات ؟
يُطلق على البوزون أو البوزونات أحيانًا مُصطلح (جُسيمات القوة)؛ وذلك لتحكمها في تفاعلات القوى الفيزيائية، مثل تفاعل القوى الكهرومغناطيسية، أو حتى قوة الجاذبية نفسها. اكتسبت تلك الجُسيمات تسميتها نسبةً لعالم الفيزياء الهندي اللامع (ساتيندرا ناث بوز)، الذي ذاع صيته في بدايات القرن العشرين، وقد عمل بالفعل مع (ألبرت آينشتاين) لتطوير إحدى طرق الإحصاء والتحليل الكمي، التي يُطلق عليها اسم (إحصاء بوز- آينشتاين)، وتُستخدم هذه الطريقة لمحاولة فهم (قانون بلانك) بشكل كامل ووافٍ، يمثل هذا القانون معادلة التوازن الحراري التام، التي توصل لها عالم الفيزياء الألماني (ماكس بلانك) أثناء تجاربه لحل مشكلة إشعاع الجسم الأسود.
وفي عام 1924م افترض (ناث بوز) أول الحلول لتفسير وتحليل سلوك الفوتونات، وأرسل ذلك الحل في ورقة علمية إلى (ألبرت آينشتاين)، الذى ساعد على تطوير ذلك الحل ليشمل كل الجُسيمات بدلًا من الفوتونات فقط. ولعل أبرز نتيجة لهذا الإحصاء والتحليل المشترك بينهما هو التنبؤ بأن البوزونات يمكنها أن تتداخل مع بعضها بعضًا، وتتعايش سويًا دون إفناء.
لكن على الجانب الأخر لن تتمكن الأنواع الأخرى من الجُسيمات مثل (الفيرميونات) من هذه الخاصية؛ ذلك لأنها تخضع لمبدأ (باولي للاستبعاد)، وهو المبدأ الذي استفاد منه الكيميائيون من خلال وصفهم لسلوك الإلكترون أثناء دورانه حول نواة الذرة، وتحديد مستوى الطاقة المناسب لدورانه وتواجده. وبسبب ذلك فإنه من السهل للفوتونات أن تتجمع مع بعضها وتتحول إلى شعاع ليزر، كما أن هناك جُسيمات أخرى تتبع إحصاء بوز-آينشتاين، يمكن أن تتميز بتلك الخواص الفريدة والغريبة.
البوزون أو البوزونات الرئيسية والأساسية:
يوجد العديد من البوزونات الرئيسية والأساسية، وذلك حسب نموذج الجُسيمات المعياري لفيزياء الكوانتم. هذه الجُسيمات لا تتكون من جُسيمات دون ذرية أصغر منها، وتشمل تلك الخصائص المجموعة الأساسية للبوزنات، وهي الجُسيمات الناقلة للقوى الفيزيائية -باستثناء قوة الجاذبية التي سنتحدث عنها لاحقًا- فكل هذه البوزونات قد تم ملاحظتها ورصدها تجريبيًا، وهي كالآتي:
- الفوتون: المعروف باسم (جُسيم الضوء)، يحمل هذا الجسيم الطاقة الكهرومغناطيسية، ويقوم بدور الوسيط أثناء تفاعلات القوة الكهرومغناطيسية.
- الغلون: يقوم بدور الوسيط أثناء تفاعلات القوة النووية القوية، التي تقوم بربط (الكواركات) مع بعضها؛ لتشكل لنا (البروتونات) و(النيترونات)، بالإضافة إلى دوره الفعال لربط (البروتونات) و(النيترونات) مع بعضها داخل نواة الذرة.
- بوزون (W):وهو أحد البوزونات الرئيسية التي تتوسط لتفاعلات القوة النووية الضعيفة.
- بوزون (Z): أحد البوزونات الرئيسية التي تتوسط لتفاعلات القوة النووية الضعيفة.
إضافةً لتلك الأنواع السابقة من البوزونات، يوجد هناك أنواع أخرى، لكن لم يتم رصدها أو ملاحظتها تجريبيًا حتى الآن، وهي كالآتي:
- بوزون هيغز: حسب النموذج المعياري للجُسيمات فإن بوزون هيغز، هو الجسيم الذي يولد الكتلة ويمنحها للجُسيمات الأخرى. في الرابع من يوليو عام 2012، أعلن علماء من مصادم الهادرونات الكبير عن اكتشافهم بعض الأدلة التي تدفعهم لتأكيد وجود بوزون هيغز، لكنهم لم يرصدوا الجُسيم نفسه. هناك العديد من الدراسات المُستمرة للكشف عن المزيد من المعلومات والخصائص التي يتمتع بها هذا الجُسيم، مثل أن يمتلك هذا الجسيم لفًا مغزليًا مقداره صفر؛ ولهذا يُصنف كإحدى البوزونات.
- الغرافيتون: جُسيم نظري لم يُكتشف بعد. منذ التوصل لجُسيمات ناقلة لقوى الطبيعة المختلفة، يُمكن استخدام الآلية نفسها للتنبؤ بوجود جُسيم يتوسط لنقل قوة الجاذبية، وهذا الجُسيم المُقترح نظريًا هو الغرافيتون، وكل ما نعرف عنه من خصائص هو لفه المغزلي الذي يساوي (2).
- النظير الفائق للبوزون: حسب نظرية التناظر الفائق؛ فإن لكل فيرميون، نظير فائق غير مرصود من البوزونات. بما أن هناك اثني عشر فيرميونًا، فسيكون هناك اثنا عشر بوزونًا غير مرصود بصفة أنه نظير فائق لتلك الفيرميونات. سبب عدم رصدها هو، تحللها وإشعاعها السريع، وفترة حياتها القصيرة، وعدم استقرارها.
البوزونات المُركبة:
هناك بعض الأنواع من البوزونات التي تتكون نتيجة اتحاد جُسيمين أو أكثر مع بعضها بعضًا؛ لتُشكل جُسيمًا جديدًا له لف مغزلي صحيح، مثل:
- الميزون: يتكون الميزون نتيجة ارتباط كواركين مع بعضهما بعضًا، وبما أن الكواركات من الفيرميونات وتمتلك لفًا مغزليًا قدره (1/2)، فعند اتحادهما يتكون جُسيم جديد له لف مغزلي مقداره (1)، ومن ثم يتحول الفيرميون إلى بوزون.
- ذرة الهيليوم الرباعية: تحتوي ذرة الهيليوم الرباعي على (2) بروتون، و(2) نيوترون، و(2) إلكترون. عند جمع اللف المغزلي الخاص بكل جُسيم من تلك الجسيمات، ستحصل على لف مغزلي مقداره عدد صحيح، ومن ثم تصبح من البوزونات. الجدير بالذكر أن الهيليوم الرباعي مميز للغاية، لأنه عند تبريده عند درجات حرارة منخفضة يتحول إلى سائل فائق، ويخضع بصورة كاملة لإحصاء بوز- آينشتاين.
ونستنتج من ذلك أن أي جُسيم يحتوي على عدد زوجي من الفيرميونات سيتحول إلى بوزون.
ترجمة مازن عماد – تدقيق أسماء العجوري
اقرأ ايضًا
مصادم الهادرونات يكتشف بوزون هيغز من جديد
هل يكشف بوزون هيغز عن اسرار المادة المظلمة؟
