যে কণার স্পিন পূর্ণসংখ্যা (0, 1, 2 …), তাদের বলা হয় বোসন (Boson)। এই কণাগুলি পদার্থবিজ্ঞানের কোয়ান্টাম জগতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, কারণ তারা শক্তি পরিবহন এবং মৌলিক বলের মধ্যস্থতা করে। অন্যদিকে, যেসব কণার স্পিন অর্ধ-পূর্ণসংখ্যা (1/2, 3/2 …), তাদের বলা হয় ফার্মিয়ন (Fermion), এবং তারা পদার্থের গঠন তৈরি করে। নিচে উভয় ধরনের কণার বৈশিষ্ট্য ও পার্থক্য বিস্তারিতভাবে দেওয়া হলো—

• বোসন (Boson) হলো এমন কণা, যাদের স্পিনের মান পূর্ণসংখ্যা, যেমন 0, 1, 2 ইত্যাদি।

• এই কণাগুলি Pauli exclusion principle মানে না, অর্থাৎ একাধিক বোসন একই কোয়ান্টাম অবস্থায় থাকতে পারে।

• এর ফলে বোসনরা একই স্থানে, একই শক্তি অবস্থায় সহাবস্থান করতে সক্ষম হয়, যা বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেশন (Bose–Einstein Condensation) নামক একটি বিশেষ কোয়ান্টাম ঘটনাকে সম্ভব করে তোলে।

• বোসনরা প্রকৃতিতে শক্তি ও বলের বাহক হিসেবে কাজ করে। যেমন—

  • ফোটন (Photon): স্পিন 1, যা তড়িৎচুম্বকীয় বলের বাহক।

  • গ্লুয়ন (Gluon): স্পিন 1, যা শক্তিশালী নিউক্লিয়ার বলের বাহক।

  • W এবং Z বোসন: স্পিন 1, দুর্বল পারমাণবিক বলের বাহক।

  • হিগস বোসন (Higgs Boson): স্পিন 0, যা কণাদের ভর প্রদান করে।

• বোসনদের নামকরণ করা হয়েছে ভারতীয় পদার্থবিজ্ঞানী সত্যেন্দ্র নাথ বসু (Satyendra Nath Bose)-এর নাম অনুসারে, যিনি আলবার্ট আইনস্টাইনের সঙ্গে যৌথভাবে এই তত্ত্বের ভিত্তি স্থাপন করেন।

অন্যদিকে—

• ফার্মিয়ন (Fermion) হলো এমন কণা, যাদের স্পিনের মান অর্ধ-পূর্ণসংখ্যা যেমন 1/2, 3/2 ইত্যাদি।

• এরা Pauli exclusion principle মেনে চলে, অর্থাৎ দুটি ফার্মিয়ন কখনোই একই কোয়ান্টাম অবস্থায় থাকতে পারে না।

• এই নিয়মের কারণেই পদার্থের স্থিতিশীল গঠন সম্ভব হয়েছে—পরমাণু, ইলেকট্রন, প্রোটন ও নিউট্রন একে অপরের থেকে পৃথক অবস্থান ধরে রাখে।

• উদাহরণ: ইলেকট্রন (Electron, স্পিন 1/2), প্রোটন (Proton, স্পিন 1/2), নিউট্রন (Neutron, স্পিন 1/2) ইত্যাদি।

• Boyle’s Law (বয়েল তাপমাত্রায়ম):
  এই সূত্র অনুযায়ী, যদি তাপমাত্রা অপরিবর্তিত থাকে, তবে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্যাসের চাপ (P) এবং আয়তনের (V) গুণফল সর্বদা ধ্রুব থাকে।
  অর্থাৎ,

এটি বোঝায় যে, তাপমাত্রা স্থির রেখে গ্যাসের আয়তন কমালে তার চাপ বেড়ে যায়, আর আয়তন বাড়ালে চাপ কমে যায়। এটি বিপরীতানুপাতিক সম্পর্ক নির্দেশ করে।

• Charles’s Law (চার্লস চাপায়ম):
  এই সূত্র বলে যে, একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্যাসের চাপ স্থির থাকলে, তার আয়তন (V) সরাসরি তাপমাত্রা (T) এর সাথে সমানুপাতিক হয়।
  অর্থাৎ,

এর মানে হলো, গ্যাসকে উত্তপ্ত করলে তার তাপমাত্রা বাড়ে এবং আয়তনও বৃদ্ধি পায়; আর ঠান্ডা করলে উভয়ই কমে।

• Adiabatic Process (উষ্ণতা পরিবর্তন হয় না):
  এই প্রক্রিয়ায় গ্যাসের সঙ্গে বাইরের পরিবেশের কোনো তাপ বিনিময় হয় না। অর্থাৎ, গ্যাস সম্প্রসারিত বা সংকুচিত হলেও তাপমাত্রা পরিবর্তন তাপ আদানপ্রদানের মাধ্যমে নয়, বরং কাজের মাধ্যমে ঘটে।
  এর সম্পর্কগুলো হলো:

এখানে γ (গামা) হলো নির্দিষ্ট তাপের অনুপাত, অর্থাৎ

যেখানে Cₚ হলো ধ্রুব চাপের নির্দিষ্ট তাপ এবং Cᵥ হলো ধ্রুব আয়তনের নির্দিষ্ট তাপ।

এই তিনটি সূত্র গ্যাসের মৌলিক আচরণ ব্যাখ্যা করে—বয়েলের সূত্র গ্যাসের চাপ ও আয়তনের সম্পর্ক বোঝায়, চার্লসের সূত্র গ্যাসের আয়তন ও তাপমাত্রার সম্পর্ক দেখায়, আর অ্যাডিয়াবেটিক প্রক্রিয়া গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তনের বাস্তব উদাহরণ দেয়। এগুলো একত্রে গ্যাসীয় তাপগতিবিদ্যার ভিত্তি গঠন করে।

Van der Waals সমীকরণ, যা আদর্শ গ্যাস সূত্র (PV = RT)-এর একটি সংশোধিত রূপ। এই সমীকরণটি বাস্তব গ্যাসের আচরণ ব্যাখ্যা করতে ব্যবহৃত হয়, যেখানে গ্যাস অণুগুলোর নিজস্ব আয়তন এবং পারস্পরিক আকর্ষণ বল উপেক্ষা করা যায় না।

সমীকরণটি হলো —

এখানে,

• P = গ্যাসের চাপ (Pressure)
• V = গ্যাসের আয়তন (Volume)
• T = তাপমাত্রা (Temperature)
• R = গ্যাস ধ্রুবক (Gas constant)
• a এবং b = Van der Waals ধ্রুবক

এই দুটি ধ্রুবক a এবং b গ্যাস অণুর প্রকৃত স্বভাব সংশোধনের জন্য ব্যবহৃত হয়—

• b ধ্রুবক নির্দেশ করে গ্যাস অণুগুলোর নিজস্ব আয়তন বা excluded volume। আদর্শ গ্যাসে অণুগুলোকে বিন্দুর মতো ধরা হয়, কিন্তু বাস্তবে তাদের একটি নির্দিষ্ট আয়তন থাকে, যা উপলব্ধ আয়তনকে হ্রাস করে।
• a ধ্রুবক নির্দেশ করে গ্যাস অণুগুলোর মধ্যে বিদ্যমান আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল (intermolecular attractive forces)। এই আকর্ষণ বল অণুগুলোর পারস্পরিক টান তৈরি করে, যার ফলে গ্যাসের চাপ কিছুটা কমে যায়।