Ver el código de «Bosón»

{{otros usos|Bosón de Provenza}}

[[Archivo:Generaciones de la materia.png|thumb|300px|Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.]]
[[Archivo:Fermiones bosones.svg|thumb|300px|Distinción entre fermiones y bosones.]]
[[Archivo:SatyenBose1925.jpg|thumb|250px|Fotografía de [[Satyendra Nath Bose]].]]

En [[física de partículas]], un '''bosón''' es uno de los dos tipos básicos de [[partícula elemental|partículas elementales]] de la naturaleza (el otro tipo son los [[fermión|fermiones]]).<ref>{{cita libro|apellido=Carroll, Sean|título=Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe|fechaacceso=17 de marzo de 2015|año=2007|editorial=The Teaching Company|isbn=1598033506|capítulo=Guidebook Part 2|cita=página 43}}</ref>

La denominación «bosón» fue acuñada por [[Paul Dirac]]<ref>Notes on Dirac's lecture ''Developments in Atomic Theory'' at Le Palais de la Découverte, 6 December 1945, UKNATARCHI Dirac Papers BW83/2/257889. See note 64  to p. 331  in "The Strangest Man" by Graham Farmelo</ref> para conmemorar la contribución del físico indio [[Satyendra Nath Bose]],<ref>{{cita noticia|nombre=Hartosh Singh|apellidos=Bal|título=The Bose in the Boson|url=http://latitude.blogs.nytimes.com/2012/09/19/indians-clamor-for-credit-for-the-bose-in-boson/|periódico=New York Times blog|fechaacceso=21 de Septiembr2 2012|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20120922024310/http://latitude.blogs.nytimes.com/2012/09/19/indians-clamor-for-credit-for-the-bose-in-boson/|fechaarchivo=22 de septiembre de 2012}}</ref><ref> {{cita noticia|nombre=Katy|apellidos=Daigle|título=India: Enough about Higgs, let's discuss the boson|url=http://apnews.excite.com/article/20120710/D9VU1DRG0.html|periódico=[[AP News]]|fecha=10 de julio de 2012|fechaacceso=10 de julio de 2012}}</ref> junto con Einstein, en el desarrollo de la Estadística de Bose-Einstein la cual teoriza las características de las partículas elementales.<ref> {{cita noticia|título=Higgs boson: The poetry of subatomic particles|url=http://www.bbc.co.uk/news/magazine-18708741|periódico=BBC News|fecha=4 de julio de 2012|fechaacceso=6 de julio de 2012}}</ref>

Entre los ejemplos de bosones se incluyen partículas fundamentales como [[fotones]], [[gluones]], bosones W y Z (los cuatro bosones de gauge, portadores de fuerza del [[modelo estándar]]), el [[bosón de Higgs]], y el [[gravitón]]<ref>[https://books.google.es/books?id=-_i-1tUPVSEC&pg=PA12&dq=todav%C3%ADa+te%C3%B3rico+gravit%C3%B3n&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjd0qX7p_DKAhWEVhQKHezbChwQ6AEINjAF#v=onepage&q=todav%C3%ADa%20te%C3%B3rico%20gravit%C3%B3n&f=false ''La partícula divina: Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?,'' pág 12 en Google libros]</ref> de gravedad cuántica; partículas compuestas (por ej.: mesones y núcleos estables de número de masa par como el [[deuterio]] (con un protón y un neutrón, número másico = 2), helio-4 o plomo-208; y algunas cuasipartículas ([[par de Cooper|pares de Cooper]], plasmones, y [[fonón|fonones]]).<ref> {{cita libro|apellido=Charles P. Poole, Jr.|título=Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics|url=http://books.google.com/books?id=CXwrqM2hU0EC|fechaacceso=17 de marzo de 2015|otros=11 March 2004|editorial=Academic Press|isbn=978-0-08-054523-3|cita=página 130}} </ref>

Los bosones se caracterizan por:
# Tienen un [[espín]] entero (0,1,2,...).
# No cumplen el [[principio de exclusión de Pauli]] y siguen la [[estadística de Bose-Einstein]]. Esto hace que presenten un fenómeno llamado [[condensado de Bose-Einstein|condensación de Bose-Einstein]] (el desarrollo de [[máser]]es y [[láser]]es fue posible puesto que los [[fotón|fotones]] de la luz son bosones).
# La [[función de onda]] cuántica que describe sistemas de bosones es simétrica respecto al intercambio de partículas.

Por el [[espín#Teorema espín-estadística|teorema espín-estadística]] sabemos que la segunda y tercera característica son consecuencia necesaria de la primera.

Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho están compuestos de otras partículas. Por ejemplo, los núcleos de átomos de helio, bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aun cuando están compuestos por cuatro fermiones que, a su vez, no son elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energía.

== Ejemplos de bosones ==

=== Bosones compuestos ===

* El [[núcleo atómico|núcleo]] de [[deuterio]], un [[isótopo]] del [[hidrógeno]].
* Núcleos de [[helio-4]] o [[partícula alfa|partículas alfa]].
* En definitiva, cualquier núcleo con [[espín]] entero.

=== Bosones de gauge simples ===
''Véase también'' [[Anexo:Tabla_de_partículas#Bosones]]<br>

Todas las [[partículas elementales]] observadas son bosones (con espín entero) o [[fermiones]] (con espín medio entero impar).<ref name="DarkMatter">{{cite book|author=Carroll, Sean|title=Guidebook|publisher=The Teaching Company|year=2007|isbn=978-1598033502|series=Dark Matter, Dark Energy: The dark side of the universe|at=Part&nbsp;2, p.&nbsp;43|quote=...&nbsp;boson: A force-carrying particle, as opposed to a matter particle (fermion). Bosons can be piled on top of each other without limit. Examples are photons, gluons, gravitons, weak bosons, and the Higgs boson. The spin of a boson is always an integer: 0, 1, 2, and so on&nbsp;...}}</ref> Mientras que las partículas elementales que componen la materia ordinaria ([[leptón|leptones]] y [[quark]]s) son fermiones, los bosones elementales ocupan un papel especial en la física de partículas. Actúan como [[portadores de fuerza]] que dan lugar a fuerzas entre otras partículas, o en un caso dan lugar al fenómeno de [[masa]].

Según el [[Modelo Estándar de Física de Partículas]] hay cinco bosones elementales:
* Un ''[[bosón escalar]]'' (espín=0)  
**[[Bosón de Higgs|H<sup>0</sup>]] [[Bosón de Higgs]] – la partícula que da lugar al fenómeno de [[masa]] a través del [[mecanismo de Higgs]]
* Cuatro ''[[Bosón vectorial|bosones vectoriales]]'' (espín=1) que actúan como [[portadores de fuerza]]. Estos son los [[Bosón de gauge|bosones de gauge]]:
**[[Fotón|γ]] &nbsp; [[Fotón|Fotones]] – el portador de fuerza del [[campo electromagnético]]
**[[Gluon|g]] &nbsp; [[Gluon]]es (ocho tipos diferentes): portadores de fuerza que median en la [[interacción fuerte|fuerza fuerte]]
**[[Bosones W y Z|Z]] &nbsp; [[Bosones W y Z|Bosón débil neutro]] – el portador de fuerza que media la [[interacción débil|fuerza débil]]
**[[Bosones W y Z|W<sup>±</sup>]] &nbsp; [[Bosones W y Z|Bosones débiles cargados]] (dos tipos): también portadores de fuerza que median en la fuerza débil

Un ''bosón tensor'' (espín=2) llamado [[gravitón]] (G) ha sido planteado como el portador de fuerza para la [[fuerza gravitatoria|gravedad]], pero hasta ahora todos los intentos de incorporar la gravedad en el modelo estándar han fallado.<ref group="lower-alpha">A pesar de ser el portador de la fuerza gravitacional que interactúa con la masa, se cree que el gravitón no tenga masa.</ref>
;Otros:
* [[Fonón|Fonones]].
* [[Bosón X]].

== Bosones intermedios o de gauge ==
Un bosón de gauge o bosón intermediario es una partícula (de hecho, un '''bosó''') que actúa como portadora de una [[interacción fundamental]] de la naturaleza. Más específicamente, la interacción entre las [[Partículas elementales|partículas elementales]] está descrita por la [[Teoría de gauge|teorías de campos de gauge]] y se ejerce mediante el intercambio de bosones de gauge entre sí, usualmente como [[Partículas virtuales|partículas virtuales]].

=== Fotones ===
[[File:Feynman-electron-photon-emission.svg|miniatura|Emisión de un fotón por parte de un electrón, por ejemplo en la transición entre un nivel excitado de un átomo y el nivel fundamental.]]
[[File:Feynman-photon.svg|esquerra|miniatura|Representación de un [[fotón]] en los diagramas de Feynman.]]
Los [[Fotón|fotones]] forman la [[radiación electromagnética]] ([[Espectro radioeléctrico|ondas de radio]], [[luz]], [[Ultravioleta|rayos  ultravioletas]], [[Radiación X|rayos X]], [[Radiación gama|rayos gama]]... ), son emitidos y absorbidos por la materia y transportan la interacción electromagnética. El fotón posee [[espín]] igual a 1, i, por lo tanto, es un bosón; cuya [[masa en reposo]] es nula, la [[Helicidad (física de partículas)|helicidad]] del fotón puede ser 1 o -1, pero no 0. Se le representa mediante el símbolo γ.<ref name=:0>{{GEC|2=fotó|fechaacceso=19 mayo 2023}}</ref>

Los fotones fueron propuestos por el físico alemán [[Albert Einstein]] (1879-1955), en 1905, para dar una explicación satisfactoria a la propagación de la luz en fenómenos como el [[efecto fotoeléctrico]]. Con la realización de experimentos de choque entre electrones y radiación luminosa ([[efecto Compton]]) se ha podido constatar el carácter de partícula que presenta a veces el fotón, lo que permite asociarle un [[Cantidad de movimiento|momento lineal]] ''hν/c'' y una energía ''hv'' (siendo ''h'' la [[constante de Planck]], ''v'' la [[frecuencia]] de la radiación y ''c'' la [[velocidad de la luz]] en el vacío).<ref name=:0/>

=== Bosones ''W'' y ''Z'' ===
[[File:Feynman-W-plus-boson.svg|izquierda|miniatura|Representación del bosón ''W<sup>+</sup>'' en los diagramas de Feynman.]]
Hay tres bosones vectoriales intermediaros que transmiten la [[Fuerza nuclear débil|interacción débil]]: el bosón ''W<sup>+</sup>'', con una carga eléctrica de ''+e'', es decir, 1,602 × 10<sup>–19</sup> C; el bosón ''W<sup>–</sup>'', antipartícula del anterior y con carga ''–e'' (–1,602 × 10<sup>–19</sup> C), y el bosón ''Z<sup>0</sup>'', que es eléctricamente neutro. La masa del bosón ''W'' es de 80,399 (23) G[[Electrón-voltio|eV]]/c<sup>2</sup> y la del bosón Z, de 98,187 6 (21) GeV/c<sup>2</sup>.<ref>{{Ref-web|título=Diccionario de física {{!}} TERMCAT|url=https://www.termcat.cat/ca/diccionaris-en-linia/149|fechaacceso=2023-05-17}}</ref> La masa del [[protón]] es de 0,938 GeV/c<sup>2</sup>, por lo tanto, los bosones ''W'' tienen unas masas ochenta y seis veces superiores a la del protón, y el bosón ''Z'' ciento cinco veces superior. Esta característica es responsable de la extremadamente corta distancia de la fuerza débil, la cual tiene una influencia confinada a una distancia de aproximadamente 10<sup>–17</sup> metros porque, según establece la [[mecánica cuántica]], la distancia de acción de una fuerza determinada tiende a ser inversamente proporcional a la masa de la partícula que la transmite.<ref name=:2>{{Britannica|cognom=Britannica|nom=The Editors of Encyclopaedia|name=W particle}}</ref>

La existencia de los bosones vectoriales intermedios y sus propiedades fue predicha a finales de los años sesenta por los físicos [[Sheldon Lee Glashow]] (1932), [[Steven Weinberg]] (1933-2021) y [[Abu Ahmad Muhammad Abdus Salam|Abdus Salam]] (1926-1996). Sus esfuerzos teóricos, conocidos actualmente como [[teoría electrodébil]], explican que la fuerza electromagnética y la fuerza débil, consideradas durante mucho tiempo como entidades separadas, son en realidad manifestaciones de la misma interacción fundamental. Así como la fuerza electromagnética se transmite mediante partículas portadoras conocidas como fotones, la fuerza débil se intercambia a través de los tres tipos de bosones vectoriales intermedios ''W<sup>+</sup>, W<sup>–</sup> y Z<sup>0</sup>''.<ref name=:2/>

[[File:Beta_Negative_Decay.svg|miniatura|[[Desintegración beta|Desintegración β<sup>–</sup>]]. Un [[neutrón]] formado por los quarks ''udd'', en la parte inferior (tiempo inicial), se transforma en un [[protón]] formado por los quarks ''udu'' y un bosón ''W<sup>–</sup>'', el cual se desintegra en un [[electrón]] ''e<sup>–</sup>'', que conserva la carga negativa, y un [[antineutrino electrónico]] <math>\overline{\nu}_e</math>. <ref>{{Cite journal|title=Antimateria. El reverso de la materia|url=http://dx.doi.org/10.18562/fdlc0093|journal=Fronteras de la Ciencia|fecha=2019|issn=2565-1021|páginas=48–55|volumen=6|doi=10.18562/fdlc0093|author=Beatriz Gato Rivera}}</ref>]]

En procesos de baja energía como la [[desintegración beta|desintegración β]], las partículas pesadas ''W'' se pueden intercambiar solo porque el [[principio de incertidumbre de Heisenberg]] permite fluctuaciones en masa-energía durante intervalos de tiempo suficientemente cortos. Estas partículas ''W'' no se pueden observar directamente. Sin embargo, es posible producir partículas ''W'' detectables en experimentos con [[Acelerador de partículas|aceleradores de partículas]] que involucren colisiones entre partículas subatómicas, siempre que la energía de la colisión sea lo suficientemente alta. Una partícula ''W'' de este tipo decae luego en un [[leptón]] cargado (por ejemplo, un electrón, un muón o un tau) y un neutrino asociado, o en un quark y un antiquark de tipo diferente (o «sabor») pero con una carga total de +1 o –1.<ref name=:2/>

En 1983, dos experimentos en la [[Organización Europea para la Investigación Nuclear]] (CERN) en [[Ginebra]] detectaron características que se aproximaban estrechamente a las predicciones para la formación y desintegración de las partículas ''W'' y ''Z''. Sus resultados constituyeron la primera evidencia directa de los bosones débiles y proporcionaron un fuerte apoyo para la teoría electrodébil. Los bosones Z y W fueron observados posteriormente de manera más directa en 1983 en experimentos de colisiones [[protón]]-[[antiprotón]] de alta energía realizados en el CERN. El físico del CERN [[Carlo Rubbia]] (1934) y el ingeniero [[Simon van der Meer]] (1925-2011) recibieron el [[Premio Nobel de Física]] de 1984 en reconocimiento a su papel en el descubrimiento de las partículas ''W'' y ''Z''.<ref name=:2/>

Las mediciones realizadas en el CERN muestran que cuando el bosón ''Z'' se desintegra en pares [[neutrino]]-[[antineutrino]], produce únicamente tres tipos de neutrinos ligeros. Esta medida es de importancia fundamental, ya que indica que solo existen tres conjuntos de leptones y quarks, los elementos básicos de la materia.<ref>{{Britannica|apellido=Sutton|nombre=Christine|name=Z particle}}</ref>

=== Gluones ===
[[File:Feynman-gluon.svg|izquierda|miniatura|Representación de un gluón en los [[Diagramas de Feynman|diagramas de Feynman]].]]
[[File:Gluon_boson.gif|miniatura|Diagrama de Feynman que explica la interacción entre un quark verde y uno azul que cambian de color como consecuencia del intercambio de un gluón verde-antiazul.]]
Los [[Gluón|gluones]] son bosones de gauge o intermedios de masa nula, [[carga eléctrica]] nula y [[espín]] 1, se simbolizan como ''g''. Transmiten la [[Fuerza nuclear fuerte|interacción nuclear fuerte]] entre [[Quark|quarks]]. Así, los quarks interactúan emitiendo y absorbiendo gluones, de la misma manera que las partículas cargadas eléctricamente interactúan mediante la emisión y absorción de fotones.<ref name=:1>{{Britannica|apellido=Sutton|nombre=Christine|name=gluon}}</ref> Los quarks pueden tener tres diferentes cargas de color (azul, verde y rojo) y, al emitir o absorber un gluón, cambian de carga de color. Sin embargo, los gluones son más complejos que los fotones. Estos no tienen carga eléctrica, pero los gluones tienen carga de color, lo que significa que interactúan entre ellos. Los gluones se presentan en ocho posibles estados de carga de color (verde-antiazul, azul-antirojo...) y, por eso, pueden acoplarse a las cargas de color de [[Quark|quarks]] y [[Antiquark|antiquarks]]. Al tener carga de color, los gluones no se pueden aislar y participan en los procesos de interacción nuclear fuerte acoplándose también entre sí, además de ser los intermediarios de la interacción.<ref name=:4>{{Ref-libro|apellido=Terranova|nombre=F.|título=A Modern Primer in Particle and Nuclear Physics|fecha=22 noviembre 2021|editorial=OUP Oxford|páginas=203|isbn=9780192660046}}</ref>

A diferencia de otras fuerzas conocidas, la interacción entre quarks no disminuye con la distancia. Este comportamiento implica que se necesita una enorme cantidad de energía para separar dos quarks, por ejemplo, el par quark-antiquark que forma un [[mesón]]. Se crea una cuerda de gluones entre ellos hasta el punto en que, al llegar a cierto momento, es energéticamente favorable la creación de un nuevo par quark-antiquark, de manera que el estado final es de dos mesones, en lugar de conseguir quarks libres. Este comportamiento es lo que se denomina confinamiento de quarks y hace que sean inobservables directamente.<ref>{{Cite journal|apellido=Casaus|nombre=Jorge|artículo=Cromodinámica Cuántica, el color de los quarks|journal=Revista iberoamericana de física|url=http://fisica.ciens.ucv.ve/svf/Documentos/Feiasofi/cromodinamica.pdf|fecha=2005|páginas=4-11|volumen=1|número=1|apellido2=Rodríguez Calonge|nombre2=Francisco Javier|apellido3=Sánchez Álvaro|nombre3=Eusebio}}</ref>

Teóricamente, pueden existir las llamadas [[Bola de gluones|bolas de gluones]], que son partículas formadas por dos o más gluones, sin presencia de quarks. Aunque existen algunos candidatos a ser bolas de gluones, hasta el momento actual no se han identificado experimentalmente con certeza, ya que sus números cuánticos coinciden con los de los mesones ordinarios.<ref>{{Ref-web|título=Diccionario de física {{!}} TERMCAT|url=https://www.termcat.cat/ca/diccionaris-en-linia/149|fechaacceso=2023-05-18}}</ref>

El término ''gluon'' (gluón) fue acuñado en 1962 por el físico teórico estadounidense [[Murray Gell-Mann]] (1929-2019) y proviene del inglés ''glue'' (pegamento).<ref name=:4/> En 1979 se confirmó la existencia de los gluones mediante la observación de la radiación de los gluones por los quarks en estudios de colisiones de partículas de alta energía en el laboratorio nacional alemán, el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), en [[Hamburgo]].<ref name=:1/>

== Discusión ==
Todas las [[partículas elementales]] son bosones o [[fermión|fermiones]], dependiendo de si su espín es entero o semientero. En [[física de altas energías]] y de [[física de partículas|partículas]] se dice que los bosones son los mediadores de fuerza o [[partícula portadora|partículas portadoras]] de las interacciones fundamentales, puesto que los campos eléctromagnético, electrodébil, fuerte y presumiblemente el gravitatorio están asociados a partículas de espín entero. De hecho, la descripción cuántica de las interacciones fundamentales mencionadas consiste en el intercambio de una partícula que será siempre un bosón virtual. Así la interacción de dichos bosones virtuales con fermiones reales es lo que da lugar a dichas interacciones o fuerzas fundamentales. El alcance de dicha interacción en general viene dado por la masa de la partícula intercambiada.

A los bosones involucrados en dichas interacciones se les denomina [[bosones gauge]]. Estos son los [[bosones W y Z]] para la [[interacción débil]], los [[gluón|gluones]] para la [[interacción fuerte]], los [[fotón|fotones]] para la [[interacción electromagnética]] y el hipotético [[gravitón]] para la [[interacción gravitatoria]].

Las partículas compuestas por otras partículas, como los [[protón|protones]], los [[neutrón|neutrones]] o los [[núcleo atómico|núcleos atómicos]], pueden ser bosones o fermiones dependiendo de su espín total. De ahí que muchos núcleos sean, de hecho, bosones. Basta que el número de fermiones que componga esa partícula sea par para que el sistema compuesto sea un bosón. Así, la mayoría de los elementos tiene isótopos que serán fermiones, es el caso del [[helio]]-3, o bosones, como el helio-4. El [[deuterio]] es también bosón; sin embargo, sus vecinos [[protio]] y [[tritio]] son fermiones.

Mientras que los fermiones están obligados a cumplir el [[principio de exclusión de Pauli]]: "''no puede haber más de una partícula ocupando un mismo estado cuántico''", no existe dicha exclusión para los bosones, ellos pueden ocupar [[estado cuántico|estados cuánticos]] idénticos.
El resultado de esto es que el espectro de un gas de fotones a cierta temperatura de equilibrio posee un [[espectro de Planck]] (ejemplos de ello son la radiación del [[cuerpo negro]] o la radiación del [[fondo cósmico de microondas]], testigo que nos remonta al universo temprano). El trabajo con [[láser]]es, las propiedades de [[superfluido]] del helio-4 y la reciente formación del [[condensado de Bose-Einstein]] son todos consecuencia de la estadística de los bosones.

Las diferencias entre las estadísticas bosónica y fermiónica es solo apreciable en grandes densidades, cuando las funciones de onda se superponen. A bajas densidades, ambos tipos de estadísticas se aproximan a la [[estadística de Maxwell-Boltzmann]], donde ambos tipos de partículas se comportan clásicamente.

==Notas==
<references group="lower-alpha"/>
== Referencias ==
{{Listaref}}

== Enlaces externos ==
{{wikcionario|bosón}}

{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Bosones| ]]
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[[Categoría:Física atómica]]
[[Categoría:Física del estado sólido]]
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