Diferența dintre fermioni și bosoni

Diferența principală - Fermions vs Boson

În fizică, particulele sunt clasificate în două grupuri pe baza proprietăților lor. Ele sunt cunoscute sub numele de fermioane și bosoni. Fermiunile sunt jumătate de particule de spin și se supun Principiului Excluderii Pauli. Dar bosoanele sunt particule de spin întregi care nu se supun Principiului Excluderii Pauli. În modelul standard, fermiunile sunt particulele fundamentale ale materiei. Bosonii, pe de altă parte, sunt considerați a fi purtători de forță. Nuclei având un număr impar de nucleoni sunt fermioane compuse, în timp ce nucleele care au un număr par de nucleoni sunt bosoni compoziți. Proprietățile fermionilor și bosoanelor sunt foarte diferite, în special la temperaturi apropiate de zero. Acest articol se axează în principal pe diferența dintre fermioane și bosoni.

Ce sunt Fermioane

Fermiunile sunt particule semi-întregi și descrise de statisticile Fermi-Dirac. Ele ascultă de principiul excluderii Pauli. Deci, două fermioane identice nu ocupă simultan aceeași stare cuantică.

Practic, fermiunile pot fi clasificate în două grupe: fermioane elementare și compuse. Fermioane elementare sunt leptonii (electroni, neutrini de electroni, muoni, neutroni muonici, tau și neutrino tau) și cuarci (sus, jos, sus, jos, ciudat și farmec). Hadronii (neutroni, protoni) care conțin un număr impar de quarks și nuclei făcuți dintr-un număr impar de nucleoni (Ex:  nucleele conțin șase protoni și șapte neutroni) sunt considerate a fi fermioane compuse. În plus, atomi precum He-3 (conțin doi protoni, un neutron și doi electroni) sunt de asemenea fermioane compuse.

Fermionele elementare sunt blocurile fundamentale ale materiei și ale antimateriei.

Ce sunt Bosonii?

Bosonii sunt particule identice care au nivele zero sau întregi. Bosonii pot fi clasificați în două grupuri: bosoni elementari și bozone compuse. Spre deosebire de fermioni, bosoanele nu se supun Principiului Excluderii Pauli. Cu alte cuvinte, orice număr de bosoni poate ocupa aceeași stare cuantică. Comportamentele bosonilor sunt descrise de statisticile lui Bose-Einstein. Modelul standard constă doar din cinci bosoni elementari. Acestea sunt anume bosonul Higgs, gluonul, fotonul, Z și  bosoni. Bosonul Higgs au zero sarcină electrică și zero spin este singurul boson scalar. Ultimii patru bosoni sunt cunoscuți sub numele de goniozitate bosoni sau purtători de forță, deoarece aceștia sunt responsabili pentru interacțiunile fundamentale. gluoni este responsabil pentru interacțiunea puternică care apare între particulele din cuarci. Foton este cel mai cunoscut boson al ecartamentului și este responsabil pentru interacțiunile electromagnetice. Z și  poartă interacțiune slabă. În plus, numita particula de mediere Graviton este responsabil de interacțiunea gravitațională. Cu toate acestea, modelul standard nu include gravitonul. Interacțiunile fundamentale asociate cu bosoanele gauge sunt descrise de teoria ecartamentului. 

Spinurile și încărcăturile electrice ale bosoanelor elementare sunt prezentate în tabelul următor.

boson	A invarti	Încărca	Interacţiune
Z	1	0	Slab
W-,W+	1	-, +	Slab
Foton	1	0	Electromagnetic
gluoni	1	0	Puternic
Graviton	2	0	gravitational
Higgs	0	0	Masa

Particulele compozite; mezoni (conțin un quark și un antiquark) și nucleele cu număr de masă chiar (He-4) sunt bosoni compoziți. În plus, unele cvasi-particule, cum ar fi perechi de cupru și fononi, sunt de asemenea considerate a fi bosoni.

Comportamentele sau proprietățile bosonilor la temperaturi scăzute diferă semnificativ de cea a fermionilor. La temperaturi foarte scăzute, majoritatea bosonilor ocupă aceeași stare cuantică. Deci, un gaz de bosoni poate fi temperaturile răcite foarte aproape de zero absolută, unde aproape toate particulele ocupă cea mai mică stare de energie. În această etapă, energia cinetică a gazului este neglijabilă. Acest fenomen fizic este cunoscut sub numele de Concentrația lui Bose-Einstein. Suprafluiditatea gazelor de bosoni este o consecință a condensării lui Bose-Einstein.

Diferența dintre fermioni și bosoni

A invarti

fermioni: Fermionii au centrifugă pe jumătate.

bosoni: Boonii au spin integral.

Principiul excluderii Pauli:

fermioni: Fermionii respectă principiul excluziunii Pauli.

bosoni: Bosonii nu respectă principiul excluziunii lui Pauli.

Exemple:

fermioni: Exemplele includ Quarks (charm), lepton (electron).

bosoni: Exemplele includ H⁰, Graviton, foton, gluon, Z, .

Statistici:

fermioni: Proprietățile fermionilor sunt descrise de statisticile Fermi-Dirac.

bosoni: Proprietățile bosonilor sunt descrise de statisticile lui Bose-Einstein.

Încărcarea electrică a particulelor elementare:

fermioni: Electron, muon și tau sunt leptoni încărcați electric. Dar neutrinii lor nu au nicio sarcină electrică. Particulele Quark au încărcături electrice fracționare.

bosoni: Bozoanele elementare nu poartă nicio sarcină electrică (cu excepția bosoanelor W).

Nuclei compuse:

fermioni: Fermiunile conțin un număr impar de nucleoni.

bosoni: Bosonii conțin un număr par de nucleoni.