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Probablemente el más famoso bosón, aunque ni siquiera está claro que exista, es el de «Higgs», buscado en el acelerador de partículas LHC del CERN. Hay otro bosón que vemos todos los días: el fotón, cuanto de la luz. A la categoría de fermiones corresponden por ejemplo las partículas que transmiten la electricidad, es decir los electrones. ¿Pero que significa eso de bosón o fermión?
En física clásica si uno tiene dos artículas idénticas, éstas son distinguibles en el sentido de que se las puede etiquetar para distinguirlas o se puede seguir su trayectoria separadamente de tal manera que se puede decir que la partícula A va por tal sitio y la partícula B por tal otro. Sin embargo en mecánica cuántica no se puede hacer tal distinción por el principio de indeterminación de Heisenberg. No se puede hablar de la trayectoria de una partícula, porque no se puede conocer con precisión infinita la posición y velocidad de una partícula. Uno tiene que imaginarse la trayectoria como emborronada, de tal manera que si se acercan dos partículas idénticas y luego se vuelven a alejar no se puede distinguir cual es la trayectoria de la partícula A o B. Esto tiene consecuencias fundamentales al considerar sistemas de partículas, porque carece de sentido decir que la partícula A se encuentra en un estado de energía 1 y la B en un estado de energía 2. Fruto de la indistinguibilidad el estado del sistema será el mismo, si la partícula A está en el estado de la energía 2 y la partícula B en el 1. Por eso entre los fundamentos de la descripción de los sistemas de partículas se encuentra el principio de identidad, de acuerdo con el cual en la naturaleza sólo pueden existir aquellos estados cuánticos que tras la permutación de partículas idénticas no varíen. A esta diferencia entre partículas clásicas (distinguibles) y cuánticas (indistinguibles) se añade una propiedad de las partículas cuánticas que se llama spin, que es un momento angular intrínseco y fijo de las partículas elementales. Es como que las partículas giran constantemente con un valor determinado y fijo. Por un teorema llamado teorema de la estadística del spin que proviene de la teoría cuántica de campos sale que el spin de las partículas sólo puede adoptar múltiplos de números semienteros (en unidades de la constante de Planck), es decir 0, 1/2, 1, 3/2 … , etc. Resulta que las propiedades de las partículas con spin entero, los bosones y las partículas con spin semientero, los fermiones, tienen propiedades totalmente diferentes. La base de ésto está en que los estados de los fermiones son simétricos y los de los bosones antisimétricos, pero vamos a ver diferencias menos abstractas. Los fermiones cumplen lo que se llama el principio de Pauli que establece que en cada estado cuántico no pueden encontrarse más de una partícula fermiónica. Este simple principio permite entender la tabla periódica y la estabilidad de la materia. La tabla periódica está ordenada por el número de electrones. Las “capas” de los átomos se van rellenando, porque los electrones son fermiones, por lo que no pueden ocupar un mismo estado cuántico. Se puede entender desde ahí también la estabilidad de la materia, porque los electrones aunque tiendan al estado de energía más bajo no pueden ocupar éste si ya hay un electrón ocupándolo. De alguna forma el principio de Pauli junto con el principio de indeterminación impide que el átomo colapse en el sentido de que los electrones caigan hacia el núcleo. Cosa que sucedería clásicamente ya que al orbitar entorno al núcleo están acelerados y al estar cargados eléctrcamente deberían emitir radiación y por lo tanto perder energía, que a su vez tendría como consecuencia que cayesen hacia el núcleo. Los bosones en cambio se comportan de una manera completamente diferente. Cualquier estado realizable tiene el mismo peso y varias partículas bosónicas pueden compartir el mismo estado. Ésto da lugar a fenómenos espectaculares como el láser, el condensado de Bose-Einstein y la superfluidez. El criterio para diferenciar los bosones de los fermiones es como hemos visto el spin. Desde ahí surge la clasificación del bosón de Higgs como tal. Aparte de esta partícula el resto se puede además clasificar en dos grupos. Las partículas elementales que forman la materia como lo son el quark o el electrón son fermiones mientras que las partículas elementales que median las fuerzas, como el fotón que media la fuerza electromagnética o el hipotético gravitón que supuestamente mediaría la gravedad son bosones.