Что такое бозон и мезон? Какое отношение они имеют к протонам, электронам и нейтронам?

Answer 1

В физике элементарных частиц частицы взаимодействуют друг с другом путем обмена другими частицами - так называемыми переносчиками взаимодействий. Например, если один электрон налетает на другой электрон, то эти два электрона обмениваются виртуальным фотоном (на самом деле, не одним) и расталкиваются. Фотон здесь - переносчик электромагнитного взаимодействия. Существует 4 фундаментальных взаимодействия:
- электромагнитное (переносчик - фотон) ;
- сильное (глюоны)
- слабое (W+, W- и Z бозоны)
- гравитационное (гравитон, который еще не открыт, и на данный момент не известно, будет ли когда-нибудь открыт)
Электромагнитное взаимодействие притягивает протоны к электронам, отталкивает протоны друг от друга и т. д. Но кто удерживает протоны в ядре атома вместе? В 1930-х Юкава предложил теорию, согласно которой переносчиком ядерного взаимодействия являются мезоны. Т. е. нуклоны (протоны и нейтроны) обмениваются пионом (пи-мезоном) и таким образом притягиваются и удерживаются в ядре. В 1947 году пионы были обнаружены экспериментально. Т. е. теория подтвердилась, но в 1960-70-х гг. стало понятно, что протоны, нейтроны, мезоны и другие адроны состоят из кварков, которые удерживаются вместе глюонами (переносчиками сильного взаимодействия) . Мезоны состоят из равного количества кварков и антикварков (например, пары кварк-антикварк) . Итак, мезоны - переносчики ядерного взаимодействие, они удерживают протоны и нейтроны в ядре, но не являются элементарными частицами (а состоят из кварков) .

Вобще все частицы на свете делятся на два класса - бозоны и фермионы. Электроны, протоны, нейтроны, кварки, нейтрино и многие другие частицы - фермионы. У фермионов - полуцелый спин (например, у электрона - 1/2) , и фермионы подчиняются статистике Ферми-Дирака (отсюда и их название) . Для фермионов справедлив принцип Паули - т. е. в одном квантовом состоянии может находиться только одна частица. (Т. е. фермионы - "одиночки", они "не любят друг друга. ") У бозонов целый спин, и бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Сколько угодно бозонов может находиться в одном и том же квантовом состоянии. Например, возможна Бозе-конденсация, когда все бозоны соберутся в одном квантовом состоянии. (Т. е. бозоны как раз "любят компанию. ") Все переносчики фундаментальных взаимодействий (фотоны, глюоны и т. д. ) - бозоны, еще есть, например, бозон Хиггса. Мезон - тоже бозон.