Forskjellen mellom Fermions og Bosons

Hovedforskjellen - Fermions vs Boson

I fysikk klassifiseres partikler i to grupper basert på deres egenskaper. De er kjent som fermioner og bosoner. Fermioner er spin-halvpartikler og de adlyder prinsippet om utelukkelse av Pauli. Men bosoner er heltallspinpartikler som ikke overholder Pauli Exclusion Principle. I standardmodellen, Fermioner er de grunnleggende partiklene av materie. Bosons på den annen side anses å være kraftbærerne. Kjerner som har et oddetall av nukleoner er komposittfermioner mens kjerne som har et jevnt antall nukleoner, er sammensatte bosoner. Egenskaper av fermioner og bosoner er svært forskjellige, spesielt ved temperaturer nær absolutt null. Denne artikkelen fokuserer hovedsakelig på forskjellen mellom fermioner og bosoner.

Hva er Fermions

Fermioner er halvpartenpartikler og beskrevet av Fermi-Dirac-statistikken. De adlyder prinsippet om utelukkelse fra Pauli. Så, opptar to identiske fermioner ikke den samme kvante tilstanden samtidig.

I utgangspunktet kan fermioner klassifiseres i to grupper: elementære og sammensatte fermioner. Elementære fermioner er leptoner (elektron, elektronnutrino, muon, muon neutrino, tau og tau neutrino) og kvarker (opp, ned, topp, bunn, merkelig og sjarm). Hadroner (neutroner, protoner) som inneholder et merkelig antall kvarker, og kjerner laget av et merkelig antall nukleoner (Eks:  kjerner inneholder seks protoner og syv nøytroner) anses å være komposittfermioner. I tillegg er atomer som He-3 (inneholder to protoner, ett nøytron og to elektroner) også sammensatte fermioner.

Elementære fermioner er de grunnleggende byggesteinene for både saks og antimatter.

Hva er Bosons

Bosoner er identiske partikler som har null eller heltallspinn. Bosoner kan kategoriseres i to grupper: elementære bosoner og sammensatte bosoner. Til forskjell fra fermioner, adlyder bosoner ikke Pauli ekskluderingsprinsipp. Med andre ord kan et hvilket som helst antall bosoner okkuperes i samme kvante tilstand. Behandlinger av bosoner er beskrevet av Bose-Einstein-statistikken. Standardmodellen består bare av fem elementære bosoner. De er nemlig Higgs boson, gluon, foton, Z og  bosoner. De Higgs boson har null elektrisk ladning og null-spinn er den eneste skalære bosonen. De siste fire bosonene er kjent som gauge bosons eller tvinge operatører som de er ansvarlige for grunnleggende interaksjoner. De gluon er ansvarlig for den sterke samspillet som fremkommer mellom partikler laget av kvarker. Photon er den mest kjente måleren boson og er ansvarlig for elektromagnetiske interaksjoner. Z og  bære svakt samspill. I tillegg er den medierende partikkelen kalt graviton er ansvarlig for gravitasjonsinteraksjonen. Standardmodellen inkluderer imidlertid ikke graviton. De grunnleggende interaksjonene som er forbundet med målerbosonene, er beskrevet av målerteorien. 

Spinnene og elektriske ladninger av elementære bosoner er vist i følgende tabell.

boson	Snurre rundt	Lade	Interaksjon
Z	1	0	Svak
W-,W+	1	-, +	Svak
Photon	1	0	elektro~~POS=TRUNC
gluon	1	0	Sterk
Graviton	2	0	gravitasjons~~POS=TRUNC
Higgs	0	0	Masse

Komposittpartiklene; -mesoner (inneholder en kvark og en antikvark), og kjerner med jevnt massenummer (He-4) er sammensatte bosoner. I tillegg betraktes noen kvasi-partikler som kooperativ og fononer også som bosoner.

Behandlingene eller egenskapene til bosoner ved lave temperaturer er vesentlig forskjellig fra fermionene. Ved svært lave temperaturer opptar de fleste bosoner den samme kvante tilstanden. Så en gass av bosoner kan avkjøles temperaturer svært nær absolutt null, hvor nesten alle partiklene opptar den laveste energistaten. På dette stadiet er gassens kinetiske energi ubetydelig. Dette fysiske fenomenet er kjent som Bose-Einstein kondensasjon. Superfluiditeten av gasser av bosoner er en konsekvens av Bose-Einstein-kondensasjon.

Forskjellen mellom Fermions og Bosons

Snurre rundt

fermioner: Fermioner har halv-heltall spin.

bosoner: Boons har integrert spin.

Pauli Utelukkelsesprinsipp:

fermioner: Fermions adlyder Pauli ekskluderingsprinsippet.

bosoner: Bosoner adlyder ikke Pauli ekskluderingsprinsippet.

eksempler:

fermioner: Eksempler er Quarks (sjarm), leptoner (elektron).

bosoner: Eksempler inkluderer H⁰, Graviton, foton, gluon, Z, .

Statistikk:

fermioner: Egenskaper av fermioner er beskrevet av Fermi-Dirac-statistikken.

bosoner: Egenskaper for bosoner er beskrevet av Bose-Einstein-statistikken.

Elektrisk ladning av elementarpartiklene:

fermioner: Elektron, muon og tau er elektrisk ladede leptoner. Men deres nøytriner har ingen elektrisk ladning. Quarkpartikler har fraksjonelle elektriske ladninger.

bosoner: Elementære bosoner bærer ingen elektrisk ladning (unntatt W bosons).

Kompositt Nuclei:

fermioner: Fermioner inneholder et merkelig antall nukleoner.

bosoner: Bosoner inneholder et jevnt antall nukleoner.