什么是玻色子呢?
玻色子定义为遵守玻色-爱因斯坦统计的粒子;根据玻色-爱因斯坦统计,对于N个全同玻色子,假设将其中任意两个玻色子交换,则由于描述这量子系统的波函数具有对称性,波函数不会改变。费米子遵守费米狄拉克统计;根据费米狄拉克统计,对于N个全同费米子,假设将其中任意两个费米子交换,则由于描述这量子系统的波函数具有反对称性,波函数的正负号会改变。由于这特性,费米子遵守包利不相容原理:两个全同费米子不能占有同样的量子态。因此,物质具有有限体积与硬度。费米子被称为物质的组成成分。
所有已知基本或复合粒子,依照自旋而定,自旋为整数的粒子是玻色子,自旋为半整数的粒子是费米子。在非相对论性量子力学里,这纯为经验观察;但在相对论性量子场论里,自旋统计定理表明,半整数的粒子不能成为玻色子,整数的粒子不能成为费子。
激光、激微波、超流体、玻色-爱因斯坦凝聚的基础物理机制为玻色子所遵守的玻色-爱因斯坦统计。另外一个结果是处于热力学平衡的光子气体,其光谱是普朗克谱,例如,黑体辐射、现今称为微波背景辐射的不透明早期宇宙的热辐射。虚玻色子与真实粒子之间的相互作用造成了所有已知的作用力,除了引力已外。
在大型系统里,只当在粒子密度很大时,也就是说,当它们的波函数重叠时,玻色子统计与费米子统计才会显示出来;在密度很小时,两种统计都可以用经典力学的麦克斯韦-玻尔兹曼统计作良好近似。
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