「ボゾン」はこの項目へ転送されています。アニメ『聖戦士ダンバイン』に登場する架空の兵器については「ボゾン (聖戦士ダンバイン)」をご覧ください。
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出典検索?: "ボース粒子" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL（2016年5月）

ボース粒子
粒子統計ボース=アインシュタイン統計
相互作用強い相互作用
弱い相互作用
電磁相互作用
重力相互作用
スピン ℏ {\displaystyle \hbar } の整数倍
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ボース粒子 (ボースりゅうし、Boson、英語発音: [bo?s?n]（ボゥソン)) とは、量子力学においてスピン角運動量の大きさに基づいて粒子を分類するときの呼称であり、 ℏ {\displaystyle \hbar } の整数倍のスピンを伴う粒子の総称である。

その名称はインドの物理学者、サティエンドラ・ボース (Satyendra Nath Bose) に由来する。日本語ではボソンまたはボゾン とも呼ばれる。
複数のボース粒子の系詳細は「同種粒子」を参照ボソンの二粒子状態に対応する対称な波動関数

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。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、

ψ ( … , x i , … , x j , … ) = ψ ( … , x j , … , x i , … ) {\displaystyle {\psi }(\ldots ,x_{i},\ldots ,x_{j},\ldots )={\psi }(\ldots ,x_{j},\ldots ,x_{i},\ldots )}

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 ( x 1 , x 2 ) = ϕ ( x 1 ) χ ( x 2 ) {\displaystyle \psi (x_{1},x_{2})=\phi (x_{1})\chi (x_{2})}

ではなく、この入れ替えについての性質から

ψ ( x 1 , x 2 ) = ϕ ( x 1 ) χ ( x 2 ) + ϕ ( x 2 ) χ ( x 1 ) {\displaystyle \psi (x_{1},x_{2})=\phi (x_{1})\chi (x_{2})+\phi (x_{2})\chi (x_{1})}

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 ( x 1 , x 2 ) = ϕ ( x 1 ) ϕ ( x 2 ) {\displaystyle \psi (x_{1},x_{2})=\phi (x_{1})\phi (x_{2})}

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りうる。この規則から、熱平衡状態にある1種類のボース粒子群からなる体系の従う量子統計が導かれ、これをボース=アインシュタイン統計という。
ボース粒子の例

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) はボース粒子に分類される。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、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。

質量を担うヒッグス粒子はスピン0のボース粒子である。

中間子はすべてボース粒子である。