У квантовій теорії поля бозонне поле — це квантове поле, кванти якого є бозонами, тобто вони підпорядковуються статистиці Бозе—Ейнштейна. Бозонні поля підпорядковуються канонічним комутаційним співвідношенням, на відміну від ферміонних полей, які підпорядковуються канонічним антикомутаційним співвідношенням.
Прикладами є скалярні поля, що описують частинки зі спіном 0, такі як бозон Хіггса, та калібрувальні поля, що описують частинки зі спіном 1, наприклад, фотон.
Основні властивості Вільні (невзаємодіючі) бозонні поля задовольняють канонічні комутаційні співвідношення. Такі самі співвідношення виконуються і для взаємодіючих бозонних полів у картині взаємодії, де часову еволюцію полів розглядають так, ніби вони є вільними, тоді як ефекти взаємодії містяться в еволюції квантових станів. Саме ці комутаційні співвідношення визначають статистику Бозе—Ейнштейна для квантів поля.
Приклади Прикладами бозонних полів є скалярні поля, калібрувальні поля та симетричні 2-тензорні поля, які характеризуються коваріацією відносно перетворень Лоренца та мають спіни 0, 1 та 2 відповідно.
Фізичні приклади, у такому ж порядку, це поле Хіггса, фотонне поле та гравітонне поле. З двох останніх лише фотонне поле можна квантувати за допомогою звичайних методів канонічного або траєкторійного квантування. Це призвело до теорії квантової електродинаміки, однієї з найуспішніших теорій у фізиці.
Квантування гравітації, з іншого боку, є давньою проблемою, яка призвела до розвитку таких теорій, як теорія струн та петльова квантова гравітація .
Спін та статистика Теорема спін-статистики передбачає, що квантування локальних релятивістських теорій поля у просторі-часі розмірності 3+1 приводить до бозонних або ферміонних квантових полів, які задовольняють відповідно комутаційні або антикомутаційні співвідношення залежно від того, чи мають вони цілочисельний або напівцілий спін. Отже, бозонні поля є одним із двох теоретично можливих типів квантових полів, а саме полями, що описують частинки з цілочисельним спіном.
У нерелятивістській теорії багатьох тіл спін і статистичні властивості квантів не мають прямого взаємозв’язку. Натомість комутаційні або антикомутаційні співвідношення вводяться залежно від того, чи описує теорія частинки, що підкоряються статистиці Бозе—Ейнштейна або Фермі—Дірака. У такому підході спін залишається внутрішнім квантовим числом, лише феноменологічно пов’язаним зі статистичними властивостями квантів. Прикладами нерелятивістських бозонних полів є поля, що описують холодні бозонні атоми, зокрема гелій-4.
Такі нерелятивістські поля не є такими фундаментальними, як їхні релятивістські аналоги, адже вони забезпечують зручне «перепакування» багаточастинкової хвильової функції, що описує стан системи, в той час як релятивістські поля є необхідним наслідком послідовного об'єднання теорії відносності та квантової механіки.
Див. також
Квантова тривіальність
Джерела
Peskin, M and Schroeder, D. (1995). An Introduction to Quantum Field Theory, Westview Press. Srednicki, Mark (2007). Quantum Field Theory , Cambridge University Press, . Weinberg, Steven (1995). The Quantum Theory of Fields, (3 volumes) Cambridge University Press.