Boson (tiếng Việt đọc là: Bô dông), đặt tên theo
nhà vật lý người
Ấn Độ Satyendra Nath Bose, là một trong hai loại hạt cơ bản trong tự nhiên (loại hạt kia là
fermion). Chúng là loại hạt duy nhất tuân theo
thống kê Bose-Einstein, nghĩa là chúng có thể nằm cùng một
trạng thái lượng tử (không tuân thủ
nguyên lý Pauli). Theo
lý thuyết thống kê spin, chúng có
spin lấy giá trị
nguyên.Các tính chất nêu trên của boson hoàn toàn đối lập với
fermion (có spin bán nguyên, tuân thủ nguyên lý Pauli).Theo
mô hình chuẩn, một
lý thuyết gauge, lực giữa các fermion được mô hình hóa bằng cách tạo ra các boson, có tác dụng như các thành phần trung gian.
Hệ Lagrange của mỗi tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi gauge, vì thế các boson này còn được gọi là
gauge boson.
Gauge boson là các
hạt cơ bản mang
tương tác cơ bản. Chúng là
W boson của
lực hạt nhân yếu,
gluon của
lực hạt nhân mạnh,
photon của
lực điện từ, và
graviton của
lực hấp dẫn.Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi một
nhóm unita, gọi là
nhóm gauge. Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác yếu là SU(2)xU(1). Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higg boson là boson duy nhất không thuộc gauge boson, các tính chất của boson này vẫn còn được bàn cãi.Mọi hạt trong tự nhiên đều hoặc là boson hoặc là
fermion. Các hạt tạo nên từ các hạt cơ bản hơn (như
proton hay
hạt nhân nguyên tử) cũng thuộc một trong hai nhóm boson và fermion, phụ thuộc vào tổng spin của chúng.Các tính chất boson của photon giải thích
bức xạ vật đen và hoạt động của
laser. Tính chất boson của
heli-4 giải thích khả năng tồn tại ở trạng thái
siêu lỏng. Những boson cũng có thể nằm ở trạng thái
đông đặc Bose-Einstein, một
trạng thái vật chất đặc biệt ở đó mọi hạt đều ở cùng một trạng thái lượng tử.
Đông đặc Bose-Einstein chỉ xảy ra tại
nhiệt độ rất thấp. Ở nhiệt độ thường, boson và fermion đều ứng xử rất giống nhau, giống
hạt cổ điển tuân thủ gần đúng
thống kê Maxwell-Boltzmann. Lý do là vì cả thống kê Bose-Einstein và
thống kê Fermi-Dirac (thống kê hạt fermion) đều tiệm cận đến thống kê Maxwell-Boltzmann ở nhiệt độ phòng.Các boson trong mô hình chuẩn là:
Graviton là boson được cho là hạt truyền tương tác của
tương tác hấp dẫn, nhưng không được nhắc đến trong mô hình chuẩn.Các ví dụ boson khác: