En 1924 est publié son article intitulé Loi de Planck et hypothèse des photons. Cet article, où il dérive l'équation de Planck directement de la théorie des quanta, utilisant son modèle pour décrire le comportement d'un groupe de photons, est envoyé à Einstein. Très intéressé, celui-ci commence à collaborer avec lui. Il développe les travaux de Bose sur le comportement des photons, particules à spin zéro, aboutissant à ce qui est désormais connu sous le nom de statistique de Bose-Einstein. Ce comportement, caractérisé par la capacité d'un nombre indéfini de particules à occuper le même état d'énergie (dégénération), s'applique à tout groupe de particules à spin entier, ou bosons, selon leur dénomination actuelle. Selon cette conception, à de très basses températures, un grand nombre de bosons peut partager le même état d'énergie, aboutissant à ce que l'on appelle la condensation de Bose. La statistique de Bose-Einstein s'est révélée d'une grande portée, expliquant, par exemple, le comportement des photons dans le laser et la superfluidité de l'hélium à basse température (le noyau de l'hélium possède un spin entier).

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