Кіріспе

Кванттық өрістің түрі
Кванттық өріс теориясында бозондық өріс – кванттары бозон болатын кванттық өріс; яғни, олар Бозе-Эйнштейн статистикасын қанағаттандырады. Бозондық өрістер фермиондық өрістерге тән канондық антикоммутациялық қатынастардан өзгеше, канондық коммутациялық қатынастарға бағынады. Мысалдарға Хиггс бозоны сияқты спин 0 бөлшектерін сипаттайтын скалярлық өрістер және фотон сияқты спин 1 бөлшектерін сипаттайтын өзгеше өрістер жатады.

Негізгі қасиеттері

Бозондық өрістер (еркін, өзара әрекеттеспейтін) каноникалық коммутациялық қатынастарды сақтайды. Бұл қатынастар өзара әрекеттесу суретіндегі өзара әрекеттесетін бозондық өрістер үшін де орындалады, онда өрістер уақыт бойынша еркін өріс сияқты эволюциялайды, ал өзара әрекеттесудің әсері күйлердің эволюциясында көрінеді. Осы коммутациялық қатынастар өріс кванттары үшін Бозе-Эйнштейн статистикасын білдіреді.

Мысалдар

Бозондық өрістердің мысалдары ретінде скалярлық өрістер, өлшегіш өрістер және симметриялық 2-тензорлық өрістер келтірілуі мүмкін, олар Лоренц түрлендірулеріне қатысты коварианттылығымен сипатталады және тиісінше 0, 1 және 2 спиндерге ие. Физикалық мысалдар, осы ретпен, Хиггс өрісі, фотон өрісі және гравитон өрісі болып табылады. Соңғы екеуінің ішінде тек фотон өрісін ғана каноникалық немесе жол интегралды кванттаудың қалыпты әдістерін қолдана отырып кванттауға болады. Бұл физикадағы ең сәтті теориялардың бірі – кванттық электродинамика теориясына алып келді. Ал гравитацияны кванттау болса, ұзақ жылдар бойы шешілмей келе жатқан мәселе, ол жіптік теория және циклдық кванттық гравитация сияқты теориялардың дамуына себеп болды.

Спин және статистика

Спин-статистика теоремасы 3+1 өлшемдегі жергілікті, релятивистік өріс теорияларын кванттаудың нәтижесінде бозондық немесе фермиондық кванттық өрістерге алып келуі мүмкін, яғни олардың спині бүтін немесе жартылай бүтін болған жағдайда коммутациялық немесе антикоммутациялық қатынастарға бағынатын өрістерге. Осылайша, бозондық өрістер – кванттық өрістің теориялық тұрғыдан мүмкін екі түрінің бірі, атап айтқанда, бүтін спинді бөлшектерге сәйкес келетіндер. Релятивистік емес көп дене теориясында спин мен кванттардың статистикалық қасиеттері тікелей байланысты емес. Шындығында, коммутациялық немесе антикоммутациялық қатынастар зерттелетін теорияның Бозе-Эйнштейн немесе Ферми-Дирак статистикасына бағынатын бөлшектерге сәйкес келуіне байланысты қабылданады. Осы контексте спин – кванттардың статистикалық қасиеттерімен феноменологиялық тұрғыдан ғана байланысты болатын ішкі кванттық сан болып қалады. Релятивистік емес бозондық өрістердің мысалдарына Гелий-4 сияқты суық бозондық атомдарды сипаттайтын өрістер жатады. Мұндай релятивистік емес өрістер өздерінің релятивистік әріптестеріне қарағанда негізгі емес: олар жүйенің күйін сипаттайтын көп дене толқындық функциясының ыңғайлы "қайта жинақталуын" қамтамасыз етеді, ал жоғарыда сипатталған релятивистік өрістер – релятивистік пен кванттық механиканың дәйекті біріктірілуінің қажетті салдары болып табылады.