Tout au long de l'univers, il existe deux types de particules élémentaires différentes: fermions et bosons. Toutes les particules, en plus de la masse et la charge, mais aussi avec tourner Nature. Est un particules de spin demi-entier (comme ± 2.1, ± 2.3, ± 5/2 ...) renvoyé fermions; essorage entier (tel que 0, ± 1, ± 2, ...) appelés boson.

La question est donc: Quelle est la différence entre fermions et bosons? Est-il juste tourner la différence entre nombre entier et demi-entier?

Modèle standard des particules élémentaires, ont été trouvés. Quarks et les leptons sont tous les fermions. (Source: E.Siegel)

À première vue, par la nature de la classification des particules, il semble être complètement aléatoire. Différents regards de rotation comme si insignifiante, après tout, quelques-unes des différences les plus évidentes, telles que:

• Quarks et les leptons sont tous les fermions, l'ancien sera l'expérience de la force nucléaire forte, qui ne fait pas, la différence entre cette distinction que fermions et bosons est le plus important?

• La différence entre la matière et l'antimatière sont également plus importants que la rotation de la particule?

• Il est également important par rapport aux particules à plusieurs spin ont une masse et pas de masse?

Mais en fait, il y a deux angle différent est très important que beaucoup de gens ne réalisent pas.

Tout d'abord, Seuls les fermions ont des partenaires antiparticules. Antiparticule de quark anti-quark, électronique antiparticule est l'antiparticule d'un positron, neutrino est antineutrino. D'autre part, Et pas soi-disant anti-boson existe Beaucoup de particules anti-boson qui leur est propre.

un boson - comme les photons - peut être sa propre antiparticule, mais fermions (comme l'électronique) et anti-fermions (comme positons) est très différent. (Source: Andrew Deniszczyc, 2017)

De fermions peut créer une variété de particules composites, tels que deux et vers le bas un quark Quark formera un proton (également fermions). Depuis les travaux de rotation, si elle est combinée avec un nombre impair de fermions ensemble, les particules composites résultantes se comportent comme des fermions, ce qui est la raison pour laquelle il peut y avoir des protons et des antiprotons. Mais les particules sont composées d'un nombre pair de fermions composé, par exemple, un quark et d'un anti-quark (connu sous le nom mésons) combinaison, agissent comme des bosons. Par exemple, le neutre meson () particule est son propre inverse.

Pourquoi est-ce donc, la raison est simple: avoir deux fermions de spin ± 1/2 est ajouté, sera -1, 0 ou +1 particules de spin, bosons, si trois cette somme fermion, vous obtenez à filer -3/2, -1/2 ou +1/2 + de particules 3/2, ce qui en fait un fermion. Donc, est très importante la différence entre les particules et antiparticules. Mais il y a une seconde, les différences les plus importantes.

Dispositif électronique de atome d'oxygène. Comme les électrons sont des fermions, pas bosons, donc ils ne sont pas dans l'état fondamental (1s). (Source: CK-12 Fondation et Adrignola de Wikimedia Commons)

Tel est le principe d'exclusion de Pauli applique uniquement aux fermions, bosons ne sont pas soumis à ce principe. Le principe d'exclusion, les systèmes quantiques, Deux fermions ne peuvent pas occuper le même état quantique . Mais les bosons il n'y a pas de limite. Imaginez prendre un noyau, et a commencé à ajouter l'électronique à faire, ont tendance à occuper le premier état électronique (à savoir l'état d'énergie le plus bas). Comme il est une particule de spin = 1/2, l'état de spin d'électrons peut être +1/2 ou -1/2. Si vous ajoutez le second électron, il occupe toujours l'état du sol, mais ont des états de spin opposés. Mais si l'ajout de plus électronique Qu'est-ce qui se passe? Ils ne vont pas entrer dans l'état du sol (figure: 1s), mais pour remplir un niveau suivant.

Etant donné que le électronique obéissent au principe d'exclusion de Pauli, jusqu'à ce que la connexion est générée entre la molécule d'atome, y compris des molécules organiques et des processus biologiques. (Source: Jenny Mottar)

Ceci est la raison pour laquelle la table périodique est agencé. Il est en raison du principe d'exclusion de Pauli, est le résultat d'éléments ayant des propriétés physiques et chimiques différentes, peuvent former une variété de structure moléculaire différente, pour la vie et chimique complexe possible.

atomes de rubidium forment Bose - Einstein processus condensats. Le rouge représente moins de cohésion de la région, le blanc représente une zone très dense. (Source: NIST / JILA / CU-Boulder)

Et un autre aspect, les bosons ils peuvent partager simultanément le même état quantique. Cela permet la génération d'un état particulier de la matière, appelée Bose - Einstein condensat . Le boson refroidi à des températures très basses, ils seront tous réunis pour les plus bas niveaux d'énergie quantique. Lorsque l'hélium (un nombre pair de composition de fermions, agissant ainsi comme un boson) va former un super-refroidi à un fluide de température suffisamment basse, ce qui est Bose - Einstein Condensats un résultat. Depuis lors, les scientifiques ont créé un gaz, des molécules, et les photons sont quasi-particules Bose - Einstein condensat. Aujourd'hui, la recherche dans ce domaine est encore très actif.

fermions comme un solitaire, vivant seul dans une pièce, alors que les bosons aiment partager une chambre. (Source: CERN)

En fait, précisément parce que les électrons sont des fermions, le nain blanc ne sera pas l'effondrement sous sa propre gravité, c'est précisément parce que les neutrons sont des fermions, il empêche l'étoile à neutrons continue de s'effondrer pour former des trous noirs.

une naine blanche, une étoile à neutrons ou même le nombre d'étoiles de quarks étranges sont composés de fermions. Pauli résistance à la pression de dégénération de leur propre gravité, pour empêcher la génération de trous noirs. (Source:. CXC / M Weiss)

Lorsque les particules obey la matière et l'antimatière Fermi anéantissement ou de pourriture, ils seront le système de chauffage à des degrés divers, en fonction - Dirac (la Obey lois statistiques) ou Bose - Einstein statistiques (bosons sont obéir aux lois statistiques). Voilà pourquoi la température de fond de micro-ondes d'aujourd'hui de rayonnement de 2,73 Kelvin, et la température de fond neutrino cosmique inférieure à sa 0,8 Kelvin.

Fermions et bosons, apparemment seule différence entre nombre entier et spin demi-entier, mais le résultat est causé par Obey quantique des règles différentes, ce qui est très important.

Comprendre la différence entre fermions et bosons et l'importance de, et maintenant vous pouvez enfin répondre à la question du titre, trouver la réponse de la figure ci-dessous:

bleu représente les fermions fondamentaux (fermions), vert représente les bosons de base (bosons), rouge pour des particules composites. (Source: Sean Carroll)