Boson - Définition et Explications

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Phénomènes montrant le comportement bosonique

Condensation de bosons – des atomes de rubidium – dans un état quantique unique lorsque l'on baisse la température.

Alors que les fermions obéissent au principe d'exclusion de Pauli : « Un état quantique donné ne peut être occupé que par au plus un seul fermion (Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux grandes...) », ce n'est pas le cas des bosons. Un état quantique bosonique peut être occupé par un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) quelconque de bosons. C'est même l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) qui se produit et les bosons tendent à se rassembler dans un état quantique donné.

En conséquence, comme les photons ainsi que de nombreux atomes sont des bosons, dans certains cas ils peuvent s'accumuler dans le même niveau. Ceci permet d'expliquer :

  • le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend...), qui s'explique par la statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) des photons ;
  • la population macroscopique d'un mode unique de photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) dans un laser ;
  • le groupement des photons lors de leur détection (expérience de Hanbury-Brown et Twiss)
  • la transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la...) vers un état cohérent à basse température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), c'est-à-dire dans lequel deux parties du système puissent interférer. Une telle transition de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) est observée dans différents systèmes :
    • dans les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) atomiques dilués, qui sont l'exemple le plus proche de la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) de Bose-Einstein d'un gaz parfait (Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement de tous les gaz...) de bosons envisagée initialement par Bose et Einstein,
    • dans l'Hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) 4 qui devient superfluide (La superfluidité est un état quantique de la matière qui a été découvert pour la première...) à basse température,
    • dans certains métaux qui deviennent supraconducteurs à basse température

Dans ces deux derniers cas, les interactions entre particules sont fortes et l'état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus...) dans lequel se développe le condensat est très différent de l'état fondamental du système en l'absence de condensat. En particulier, il existe de fortes corrélations entre les atomes.

Bosons composites

Les particules composées de particules plus élémentaires, comme par exemple les atomes ou le proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...), peuvent être des fermions ou des bosons, selon leur spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) (entier pour les bosons, demi-entier pour les fermions).

Exemples de bosons composites :

  • atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'hélium 4
  • état de deux électrons formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) de Cooper dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) supraconducteurs
  • exciton
  • polariton (Les polaritons sont des quasiparticules issues du couplage fort entre une onde lumineuse et une...)
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