البوزون

التفاعلات التبادلية الكهرومغناطيسية القوية والضعيفة إلى الأسفل

جاء اسم البوزون من بوز (Bose) زميل آنشتين، والذي حدد لهذه الجسيمات دورانا مغزليا قيمته صحيحة.

وخلافا لجسيم الفرميون، من الممكن للبوزونات أن تتجاور وتتكدس طواعية في مستوى الطاقة نفسه.

والبوزون عبارة عن متجه لكتلة مهملة وله درجتا حرية، ونمطان من التذبذب العرضي والعمودي على الحركة. أما إذا كانت الكتلة غير مهملة، فسيكون له نمط ثالث: نمط التذبذب الطولي بطول الحركة.

تسمى الرسوم التوضيحية في الموضوع أعلاه برسوم فاينمان (Feynman) وتعطى للمتخصصين القواعد الحسابية للاحتمالات الأحداث التي تمثلها.

يتفاعل اثنان من الفيرميونات المشحونة كهربيا عن طريق تبادل فوتون: الفوتون يشعر بالشحنة الكهربية، ولكنه لا يحملها: إنه محايد. ونعلم أن كتلته أقل منeV 10⁻¹⁰  ومن غيره لن تكون المجالات المغناطيسية للكواكب كما نشاهدها.

لقد تم إثبات أن التفاعلات التبادلية الكهربية الضعيفة بين جسيمات الفرميون ذات الشحنة الضعيفة والكهربية تتم عن طريق تبادل ثلاثي من جسيمات البوزون W، المشحونة والمحايدة؛ W⁰؛ W⁺؛ W⁻ وبوزون محايد متفرد b⁰ مقترن بالفرميون. ويظهر في الصورة -  أعلى الموضوع - دور كل من W⁺؛ W⁻والبوزونات المحايدة.

في الرسوم الأولى يحدث تبادل بين زوجين من شركاء تقارن أيسر مثلا، نيوترنيو إلكترون إلى إلكترون أو كوارك تشارم (ساحر Charm) إلى كوارك سترينج (غريب Strange) وتؤدي هكذا عدة دورانات في فضاء الدوران النظيري الضعيف. وهي لا تتفاعل مع جسيمات الفرميون اليمنى، لأنها لا تحتوي على شحنة تناسبها.

أما البوزونات المحايدة فلا تؤثر على الفرميونات المتفاعلة معها. التبادل الأول مثال ينتمي إلى التيار المشحون والثاني إلى التيار المحايد. التيارات المحايدة تم إثباتها عمليا في CERN سنة 1973.

تعقيد صغير: بينما يسهل على الفيزيائيين في عالم البوزونات المشحونة W⁺؛ W⁻ إنتاجها واكتشافها، فإن عالم البوزونات المحايدة أكثر تعقيدا. فجسيمات البوزون الفيزيائية الموجودة في الواقع هي مزيج بالمعنى الكمي للكلمة، فــ °W و °B عبارة عن °Z وفوتون. وننتقل من زوج إلى آخر عن طريق عملية تحويل سهلة عبارة عن دوران بزاوية θ المسماة بزاوية المزج الضعيف. تبين لنا كحقيقة معملية أن الفوتون والبوزون °Z من العائلة نفسها، ولكن كتلتيهما مختلفتان، فواحد كتلته مهملة والآخر مائة مرة أكبر من وزن البروتون. هذا هو الغموض الذي سوف نحاول أن نخترقه. إنها حالة انكسار للتامثل ومع أن المعادلات متماثلة فإن حلولها ليست متماثلة.

التفاعلات التبادلية القوية بين جسيمات الكوارك تحدث عن طريق تبادل بوزون آخر، نلقبه بالجلوون (gluon) [مأخوذ من كلمة glue الإنجليزية والتي تعني: الغراء]  اسم يتحدث عن نفسه. إنهم زوجان من الكواركات ثنائي الألوان يتبادلان ألوانهما. أو بطريقة علمية، فإنهما يكونان ممتدا (مربع له مدخلان) في الفضاء اللوني، وعدد هذه البوزونات ثمانية، يمثل الدوران في الفضاء اللوني تبادلاته مع جسيمات الكوارك الذي تحدثنا عنه من قبل.

وبينما يحس الفوتون بالشحنة الكهربية ولا يحملها فإن جسيمات الــ °Z و °W تحس بالشحنة الضعيفة وتحملها. وكذلك الجلوون، ثنائي اللون، يحمل الشحنة اللونية. هذا يعني أن Z و W من جهة والجلوون من الجهة الأخرى ممكن أن تقترن فيما بينها كما سنرى، ما عدا الفوتون ليس له هذه الإمكانية.

في حالة الجلوون، توثر خاصية التفاعل الذاتي تأثيرا مهما، لأنها تتسبب في حصر جسيمات الكوارك والجلوون بداخل جسيمات الهادرون العادية.