Bosonen

Bosonen, Oberbegriff für eine bestimmte Sorte von Elementarteilchen, die entweder keinen oder einen ganzzahligen Spin (Eigendrehimpuls) besitzen. Die Bosonen hat man nach dem indischen Physiker Satyendra Nath Bose benannt. Im Gegensatz zu den Bosonen stehen die Fermionen, die halbzahlige Spins aufweisen. Zu den Bosonen zählt man z. B. die Photonen und alle Mesonen. Außerdem bezeichnet man auch die Teilchensysteme als Bosonen, die aus einer geraden Anzahl von Fermionen zusammengesetzt sind (z. B. Deuteronen).

Bosonen gehorchen der so genannten Bose-Einstein-Statistik. Nach dieser Quantenstatistik kann eine beliebige Anzahl von Bosonen den gleichen Energie- und Quantenzustand einnehmen. Nach der klassischen Maxwell-Boltzmann-Statistik erhält man durch Vertauschen von Teilchen eines Systems einen neuen Mikrozustand – eben vorher und nachher. Das ist bei Bosonen nicht der Fall (paarweise Vertauschung), denn die quantenmechanischen Wellenfunktionen, mit denen sich Bosonensysteme beschreiben lassen, sind in Bezug auf Ortskoordinaten und Impuls vollkommen symmetrisch.

Für Fermionen gelten ganz andere Regeln, u. a. die so genannte Fermi-Dirac-Statistik. Zusammengehörige Fermionen können beispielsweise nicht den gleichen Quantenzustand einnehmen (siehe Pauli’sches Ausschließungsprinzip).

Alle drei Statistiken (Bose-Einstein-, Maxwell-Boltzmann- und Fermi-Dirac-Statistik) beziehen sich auf Teilchensysteme, die sich im Gleichgewichtszustand befinden.

Obwohl zwischen den Bosonen und den Fermionen die bereits genannten Unterschiede bestehen, diskutiert man vor allem in der Elementarteilchenphysik eine Theorie, die quasi eine Beziehung zwischen diesen beiden Gruppen herstellen soll: die so genannte Supersymmetrie. Mit dieser Theorie, die für alle Elementarteilchen gelten soll, versucht man in nichttrivialer Weise die raumzeitliche Symmetrie und die inneren Symmetrien der Naturgesetze zu vereinen. Nach der Supersymmetrie werden Bosonen und Fermionen als Zustände ein und desselben Teilchenmultipletts betrachtet, d. h., für Bosonen gibt es fermionische Gegenstücke und auch umgekehrt. Erste experimentelle Hinweise für dieses, bislang nur in der Theorie existierende Modell hat man offenbar 1999 gefunden. Weitere Untersuchungen stehen derzeit noch an.

Siehe auch Eichfeldtheorie;Große unifizierte Theorien; Physik