Skillnad mellan Fermions och Bosons

Huvudskillnad - Fermions vs Boson

I fysik klassificeras partiklar i två grupper baserat på deras egenskaper. De är kända som fermioner och bosoner. Fermioner är spinhalvpartiklar och de följer principen om uteslutande av Pauli. Men bosoner är heltalspinpartiklar som inte följer principen om uteslutande av Pauli. I standardmodellen, Fermioner är de grundläggande partiklarna av materia. Bosons å andra sidan anses vara kraftbärare. Kärnor med ett udda antal nukleoner är sammansatta fermioner medan kärnor med ett jämnt antal nukleoner är sammansatta bosoner. Egenskaper hos fermioner och bosoner är mycket olika, särskilt vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten. Denna artikel fokuserar främst på skillnaden mellan fermioner och bosoner.

Vad är Fermions

Fermioner är halvhelmspartiklar och beskrivs av Fermi-Dirac-statistiken. De följer principen om uteslutande av Pauli. Så, upptar två identiska fermioner inte samma kvanttillstånd samtidigt.

I grund och botten kan fermioner klassificeras i två grupper: elementära och kompositfermioner. Elementära fermioner är leptoner (elektron, elektronnutrino, muon, muon neutrino, tau och tau neutrino) och kvark (upp, ner, topp, botten, konstig och charm). Hadroner (neutroner, protoner) som innehåller ett udda antal kvarker och kärnor gjorda av ett udda antal nukleoner (Ex:  kärnor innehåller sex protoner och sju neutroner) anses vara kompositfermioner. Dessutom är atomer som He-3 (innehåller två protoner, en neutron och två elektroner) också kompositfermioner.

Elementära fermioner är de grundläggande byggstenarna i både materia och antimateriel.

Vad är Bosons

Bosoner är identiska partiklar som har noll eller heltalsspinn. Bosoner kan kategoriseras i två grupper: elementära bosoner och sammansatta bosoner. Till skillnad från fermioner, följer bosoner inte Paulis uteslutningsprincip. Med andra ord kan ett antal bosoner uppta samma kvanttillstånd. Beteenden av bosoner beskrivs av Bose-Einstein-statistiken. Standardmodellen består endast av fem elementära bosoner. De är nämligen Higgs boson, gluon, foton, Z och  bosoner. De Higgs boson har ingen elektrisk laddning och nollspinn är den enda skalar bosonen. De sista fyra bosonen är kända som gauge bosons eller tvinga bärare eftersom de ansvarar för grundläggande interaktioner. De gluon ansvarar för den starka interaktionen som uppträder mellan partiklar gjorda av kvarker. Foton är den mest kända mätaren boson och ansvarar för elektromagnetiska interaktioner. Z och  bära svag interaktion. Dessutom kallas den medierande partikeln graviton är ansvarig för gravitationsinteraktionen. Standardmodellen innehåller dock inte graviton. De grundläggande interaktionerna som är förknippade med gauge-bosonen beskrivs av gauge-teorin. 

Spins och elektriska laddningar av elementära bosoner visas i följande tabell.

Boson	Snurra	Avgift	Interaktion
Z	1	0	Svag
W-,W+	1	-, +	Svag
Foton	1	0	elektro~~POS=TRUNC
gluon	1	0	Stark
Graviton	2	0	gravitations~~POS=TRUNC
Higgs	0	0	Massa

De sammansatta partiklarna; mesoner (innehåller en kvark och en antikvark), och kärnor med jämnt massnummer (He-4) är sammansatta bosoner. Dessutom anses vissa kvasipartiklar som kooperativ och fononer också vara bosoner.

Bosons beteenden eller egenskaper vid låga temperaturer skiljer sig avsevärt från fermionsens egenskaper. Vid mycket låga temperaturer upptar de flesta bosoner samma kvanttillstånd. Så en gas av bosoner kan kylas temperaturer mycket nära den absoluta nollpunkten, där nästan alla partiklar upptar lägsta energistatus. I detta skede är gasens kinetiska energi försumbar. Detta fysiska fenomen är känt som Bose-Einstein kondensation. Överflödigheten av gaser av bosoner är en följd av Bose-Einstein-kondensation.

Skillnad mellan Fermions och Bosons

Snurra

fermioner: Fermioner har halvt heltalsspinn.

bosoner: Boons har integral spin.

Pauli uteslutning princip:

fermioner: Fermioner följer Pauli-principen om uteslutning.

bosoner: Bosoner följer inte Pauli uteslutningsprincipen.

Exempel:

fermioner: Exempel är Quarks (charm), leptoner (elektron).

bosoner: Exempel inkluderar H⁰, Graviton, foton, gluon, Z, .

Statistik:

fermioner: Egenskaper för fermioner beskrivs av Fermi-Dirac-statistiken.

bosoner: Egenskaper hos bosoner beskrivs av Bose-Einstein-statistiken.

Elektrisk laddning av elementära partiklar:

fermioner: Elektron, muon och tau är elektriskt laddade leptoner. Men deras neutrinos har ingen elektrisk laddning. Quarkpartiklar har fraktionerade elektriska laddningar.

bosoner: Elementära bosoner bär ingen elektrisk laddning (förutom W bosoner).

Kompositkärnor:

fermioner: Fermioner innehåller ett udda antal nukleoner.

bosoner: Bosoner innehåller ett jämnt antal nukleoner.