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Concept
Boson
Résumé
En mécanique quantique, un boson est une particule subatomique de spin entier qui obéit à la statistique de Bose-Einstein. Le théorème spin-statistique différencie les bosons des fermions, qui ont un spin demi-entier.
La famille des bosons inclut des particules élémentaires : les photons, les gluons, les bosons Z et W (ce sont les quatre bosons de jauge du modèle standard), le boson de Higgs (découvert en 2012), et le graviton encore théorique ; ainsi que des particules composites (les mésons et les noyaux qui ont un nombre de masse pair comme le deutérium, l'hélium 4 ou le plomb 208) ; et quelques quasi-particules (paires de Cooper, plasmons et phonons).
Alors que les particules élémentaires qui constituent la matière (leptons et quarks) sont des fermions, les bosons élémentaires sont vecteurs de force et servent de « colle » pour lier la matière.
La statistique de Bose-Einstein implique une transition de phase à basse température, responsable notamment de la superfluidité de l'hélium 4 ou de la supraconductivité de certains matériaux. Cela découle du fait que cette statistique ne limite pas le nombre de bosons qui peuvent occuper le même état quantique. Contrairement aux bosons, deux fermions identiques ne peuvent occuper le même espace quantique.
Plus généralement, les bosons montrent une tendance à s'agréger lors des processus d'interaction entre les particules, comme lors de l'émission stimulée de lumière qui donne lieu au laser.
Le terme de boson provient du nom du physicien indien Satyendranath Bose et aurait été utilisé pour la première fois par Paul Dirac. Bose se rendit compte le premier que pour expliquer la loi de Planck décrivant le rayonnement du corps noir à partir des photons précédemment découverts par Einstein, il fallait supposer que les photons ne suivent pas la statistique de Maxwell-Boltzmann, mais plutôt une statistique désormais appelée statistique de Bose-Einstein. Bose écrit un court article, Planck's Law and the Hypothesis of Light Quanta, qu'il envoie à Albert Einstein, après un rejet par le Philosophical Magazine.
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