Bosonen

Bosonen sind eine der beiden fundamentalen Teilchenklassen im Standardmodell der Physik, die andere sind die Fermionen. Benannt nach dem indischen Physiker Satyendranath Bose, besitzen Bosonen einen ganzzahligen Spin und folgen der Bose-Einstein-Statistik. Ihr entscheidendes Merkmal: Beliebig viele Bosonen dürfen denselben Quantenzustand besetzen, während das Pauli-Prinzip genau das für Fermionen verbietet. Aus diesem Unterschied folgt fast die gesamte Struktur der Materie.

Im Standardmodell sind die Bosonen die Boten der Kräfte. Photonen übertragen die elektromagnetische Kraft, Gluonen die starke Kernkraft, die W- und Z-Bosonen die schwache Kraft. Das 2012 am CERN entdeckte Higgs-Boson nimmt eine Sonderrolle ein, weil es über das nach ihm benannte Feld anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Auch das bislang nur hypothetische Graviton, der vermutete Träger der Gravitation, wäre ein Boson.

Weil Bosonen sich im selben Zustand sammeln dürfen, ermöglichen sie spektakuläre kollektive Phänomene. Bei extrem tiefen Temperaturen bilden sie ein Bose-Einstein-Kondensat, in dem Millionen Teilchen wie ein einziges Riesenteilchen agieren. Eric Cornell, Carl Wieman und Wolfgang Ketterle erzeugten ein solches Kondensat 1995 erstmals im Labor und erhielten dafür 2001 den Nobelpreis. Auch die verlustfreie Supraleitung und die reibungsfreie Supraflüssigkeit beruhen auf diesem bosonischen Verhalten.

In der Science-Fiction tauchen Bosonen auf, wenn es um exotische Waffentechnik, ungewöhnliche Antriebe oder neuartige Materiezustände geht. Das Bose-Einstein-Kondensat als Grundlage seltsamer Physik findet sich etwa in Peter Watts' Blindsight, wo die kühle, präzise Sprache der Teilchenphysik die fremdartige Stimmung des Romans verstärkt.