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ボース粒子

ボース粒子(-りゅうし)はボソン(Boson)とも呼ばれ、スピン角運動量が整数の量子力学的粒子である。

物理学的説明

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という性質がある。 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ψ、i番目の粒子の座標をxiとしたとき、

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φ、χと表せるなら、2つのボース粒子の全波動関数は単に

ψ(x1,x2) = φ(x1)χ(x2)

ではなく、この入れ替えについての性質から

ψ(x1,x2) = φ(x1)χ(x2) + φ(x2)χ(x1)

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

ψ(x1,x2) = φ(x1)φ(x2)

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ることができる。この規則から導かれる熱平衡状態にある同一種のボース粒子からなる体系が従う量子統計をボース=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

ボース粒子に属する粒子には、素粒子の間の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)がある。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は、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。また、素粒子に質量を与えるヒッグス粒子はスピン0のボース粒子と考えられている。

また中間子もボース粒子である。π中間子やK中間子、D中間子、B中間子はスピン0、ρ中間子、ω中間子、φ中間子、J/ψ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。

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表・話・編・歴 物理学における粒子の一覧 素粒子 フェルミ粒子 クォーク: u d c s t b レプトン: e−  e+  μ±  τ±  ニュートリノ（ν e ν μ ν τ） ボース粒子 ゲージ粒子: γ ウィークボソン（W±  Z0  ） g その他 ゴースト場 複合粒子 ハドロン バリオン/ハイペロン/核子: p p n Δ Λ Σ Ξ Ω 中間子: π K ρ J/ψ Υ その他 原子核 原子 分子 イオン 異種原子: ポジトロニウム ミューオニウム ハイパー核 仮説上の 素粒子 超対称性粒子 ボシーノ: ゲージーノ（フォティーノ ウィーノ ジーノ グルイーノ グラビティーノ） ヒッグシーノ ニュートラリーノ チャージーノ アクシーノ スフェルミオン: スクォーク スレプトン ゲージ粒子 重力子 Xボソン Yボソン W'ボソン Z'ボソン 位相欠陥 モノポール 宇宙ひも その他 アキシオン ディラトン ヒッグス粒子（H0 ） タキオン ステライルニュートリノ 仮説上の 複合粒子 異種ハドロン 異種バリオン: ペンタクォーク ダイバリオン 異種中間子: テトラクォーク ハイブリッドメソン グルーボール その他 中間子分子 準粒子 励起子 マグノン フォノン プラズモン ポラリトン ポーラロン

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