ボース粒子のソースを表示

{{Redirect|ボゾン|アニメ『聖戦士ダンバイン』に登場する架空の兵器|ボゾン (聖戦士ダンバイン)}}
{{出典の明記|date=2016年5月}}
{{Infobox particle
| 背景色 =
| 名前 = ボース粒子
| 画像 =
| 説明 =
| 型数 =
| 分類 =
| 組成 =
| 統計 = ボース=アインシュタイン統計
| グループ = 
| 世代 =
| 相互作用 = [[強い相互作用]]<br />[[弱い相互作用]]<br />[[電磁相互作用]]<br />[[重力相互作用]]
| 粒子 =
| 反粒子 = 
| ステータス =
| 理論化 =
| 発見 =
| 記号 =
| 質量 =
| 平均寿命 =
| 崩壊粒子 =
| 電荷 =
| 荷電半径 =
| 電気双極子モーメント =
| 電気的分極率 =
| 磁気モーメント =
| 磁気的分極率 =
| 色荷 =
| スピン = <math>\hbar</math>の[[整数]]倍
| スピン状態数 =
| レプトン数 =
| バリオン数 =
| ストレンジネス =
| チャーム =
| ボトムネス =
| トップネス =
| アイソスピン =
| 弱アイソスピン =
| 弱アイソスピン_3 =
| 超電荷 =
| 弱超電荷 =
| カイラリティ =
| B-L =
| X荷 =
| パリティ =
| Gパリティ =
| Cパリティ =
| Rパリティ =
}}

'''ボース粒子''' (ボースりゅうし、[[:en:Boson|Boson]]、{{IPA-en|bóʊsɑn}}（'''ボゥソン''')) とは、[[量子力学]]において[[スピン角運動量]]の大きさに基づいて粒子を分類するときの呼称であり、<math>\hbar</math>の[[整数]]倍のスピンを伴う粒子の総称である。

その名称はインドの物理学者、'''[[サティエンドラ・ボース]]''' (Satyendra Nath Bose) に由来する。日本語では'''ボソン'''または'''ボゾン''' とも呼ばれる。

== 複数のボース粒子の系 ==
{{main|同種粒子}}
[[Image:Symmetricwave2.png|right|thumb|ボソンの二粒子状態に対応する対称な波動関数]]
[[場の量子論]]から、整数スピンを持つ粒子は、2つの[[同種粒子]]を入れ替えたとき、[[波動関数]]の符号が変化しない。つまり複数の同種のボース粒子からなる系の全波動関数を &psi;, ''i'' 番目の粒子の座標を ''x<sub>i</sub>'' としたとき、
{{indent|<math>{\psi}( \ldots  , x_{i}, \ldots,  x_{j} , \ldots ) =  {\psi}( \ldots , x_{j}, \ldots , x_{i} , \ldots )</math>}}
のように ''i'' 番目と ''j'' 番目の粒子を入れ替えても、波動関数の正負が逆転しない。

すなわち、2つのボース粒子があってそれぞれの1粒子の波動関数が &phi; ,&chi; と表せるなら、2つのボース粒子の全波動関数は単に、
{{indent|<math>\psi(x_1, x_2) = \phi(x_1) \chi(x_2)</math>}}
ではなく、この入れ替えについての性質から
{{indent|<math>\psi(x_1, x_2) = \phi(x_1) \chi(x_2) + \phi(x_2) \chi(x_1)</math>}}
と表されなくてはならない。

[[フェルミ粒子]]と異なり、ボース粒子には2つの粒子が同じ1粒子波動関数をとっている
{{indent|<math>\psi(x_1, x_2) = \phi(x_1) \phi(x_2)</math>}}
のような状態が許される。すなわち、1つの体系内であっても同一の[[量子状態]]をいくつもの粒子がとりうる。この規則から、熱平衡状態にある1種類のボース粒子群からなる体系の従う量子統計が導かれ、これを'''ボース=アインシュタイン統計'''という。<!--（[[インド]]の[[物理学者]][[サティエンドラ・ボース]]と、物理学者[[アルベルト・アインシュタイン]]の名から命名された。）-->

== ボース粒子の例 ==
[[素粒子]]の間の[[基本相互作用|相互作用]]を媒介する[[ゲージ粒子]]である[[光子]]、[[ウィークボソン]]、[[グルーオン]] (いずれもスピン1) はボース粒子に分類される。入射光を完全に吸収する物体である[[黒体]]からの光の輻射の振動数分布 (プランク分布) はボース=アインシュタイン統計から導かれる。

未発見の粒子について、重力を媒介するゲージ粒子の[[重力子]] (グラビトン) がスピン2のボース粒子と考えられている。

[[質量]]を担う[[ヒッグス粒子]]はスピン0のボース粒子である。

[[中間子]]はすべてボース粒子である。&pi;中間子やK中間子、D中間子、B中間子はスピン0、&rho;中間子、&omega;中間子、&phi;中間子、J/&psi;中間子はスピン1である。

また、[[凝縮物質の物理]]に現れる[[フォノン]]や[[マグノン]]のような[[準粒子]]、[[超伝導]]に関与する[[クーパー対]]もボース=アインシュタイン統計に従う。

== ボース粒子の多体系 ==
ボース粒子の多体系とみなせる系として、２つの型がある<ref>[[デイヴィッド・J・サウレス]]著『多体系の量子力学』松原武生・[[米沢富美子]]訳、[[吉岡書店]]、1965年{{要ページ番号|date=2019-06}}</ref>
。

１つ目の型は、粒子が有限の質量を持ち、ボース粒子数が保存されるものである。この系の唯一の実例は[[液体ヘリウム]]である。

２つ目の型は、粒子が質量を持たず、ボース粒子数が保存されないものである。この例として[[光子]]や、固体内の[[フォノン]]がある。

このほかにもボース系の例は多くある。フェルミ粒子的な性格の強い系の中にも、フォノンに似た素励起が存在しうる。また[[強磁性体]]や[[反強磁性体]]においてもフォノンに似た[[素励起]]が重要となり、[[スピン波]]と呼ばれ、ボース粒子のように振る舞う。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{reflist}}

== 関連項目 ==
* [[統計力学]]
* [[同種粒子]]
* [[フェルミ粒子]]
* [[標準模型]]
* [[ボース＝アインシュタイン凝縮]]
* [[ボース分布関数]]
* [[ボソン星]]
* [[フォノン]]

{{粒子の一覧}}

{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:ほおすりゆうし}}
[[Category:素粒子]]
[[Category:統計力学]]
[[Category:量子力学]]
[[Category:ボース粒子|*]]
[[Category:サティエンドラ・ボース]]
[[Category:物理学のエポニム]]