费米子,得名于意大利 物理学家费米.

  玻色子是依随

玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理,在低温时可以发生

玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包括:.胶子-强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种;光子-电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述:构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)。在这样的一个量子世界里,所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性:质量、能量、磁矩和自旋。

  这四种属性当中,自旋的属性是最重要的,它把不同将粒子王国分成截然不同的两类,就好像这个世界上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大。

粒子的自旋不像地球自转那样是连续的,而是是一跳一跳地旋转着的。根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。

  这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。


  基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)都是玻色子。

 

根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2)。这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。(右图片绘制:张嘉年)



  基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。费米子(fermion):自旋为半整数的粒子。比如电子、质子、中子等以及其反粒子。它们符合泡利不相容原理,以及费米-狄拉克统计。波色子和费米子是物质世界的两种存在,波色子和费米子正好和中国古代的阴阳太极思想一致,即阴物质是波色子,是物质存在的基础,阳物质是费米子,是物质存在的形式,我们现实世界存在就是以阴物质存在的基础而表现出阳物质形式。



  由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,ni=gi/(e^(α+βεi)+1)。α为拉格朗日乘子、β=1/(kt),有体系温度,粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量,gi为能级的简并度。

根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。



  这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。



  基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。

费米气体模型

  费米气体模型用来描述由大量费米子组成的系统。



  系统中的粒子认为全同且不可分辨。费米子的角动量的自旋量子数为半奇数整数倍,其本征波函数反对称。导致在费米子的某一个量子态上,最多只能容纳一个粒子(假设可以容纳多个的话的话,因为粒子的不可分辨性,调换任意两个粒子的位置,波函数应该不变,即Ψ = - Ψ,得Ψ=0,显然矛盾了)。这就是费米子所遵守的泡利不相容原理。



  在不相容原理的基础上,可进一步按热力学定律得出费米的分布规律:费米-狄拉克分布。(公式比较复杂,我就不打了)费米气体中的所有粒子服从该分布。金属自由电子气就是典型的费米气体。



  费米子气体模型和理想气体模型也有一定联系,费米气遵守费米-狄拉克统计,而理想气体模型中的粒子遵守麦克斯韦-波尔兹曼统计,在高温和低密度条件下,能级数远多于粒子数,费米-狄拉克分布过渡到经典的麦克斯韦-玻耳兹曼分布。