Belangrijkste verschil - Fermionen versus Boson

In de natuurkunde worden deeltjes ingedeeld in twee groepen op basis van hun eigenschappen. Ze staan ​​bekend als fermionen en bosonen. Fermionen zijn spin-halve deeltjes en ze gehoorzamen aan het Pauli-uitsluitingsprincipe. Maar bosonen zijn geheeltallige spindeeltjes die niet voldoen aan het Pauli-uitsluitingsprincipe. In het standaardmodel fermionen zijn de fundamentele deeltjes van materie. Bosonen daarentegen worden beschouwd als de krachtdragers. Kernen met een oneven aantal nucleonen zijn samengestelde fermionen, terwijl kernen met een even aantal nucleonen samengestelde bosonen zijn. Eigenschappen van fermionen en bosonen zijn zeer verschillend, vooral bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Dit artikel richt zich vooral op het verschil tussen fermionen en bosonen.

Wat zijn Fermionen?

Fermionen zijn half-gehele deeltjes en worden beschreven door de Fermi-Dirac-statistieken. Ze gehoorzamen aan het Pauli-uitsluitingsprincipe. Twee identieke fermionen bezetten dus niet tegelijkertijd dezelfde kwantumtoestand.

In principe kunnen fermionen in twee groepen worden ingedeeld: elementaire en samengestelde fermionen. Elementaire fermionen zijn leptonen (elektron, elektronenneutrino, muon, muonneutrino, tau en tau-neutrino) en quarks (omhoog, omlaag, boven, onder, vreemd en charme). Hadronen (neutronen, protonen) met een oneven aantal quarks en kernen gemaakt van een oneven aantal nucleonen (Ex:

kernen bevatten zes protonen en zeven neutronen) worden beschouwd als samengestelde fermionen. Bovendien zijn atomen zoals He-3 (bevat twee protonen, één neutron en twee elektronen) ook samengestelde fermionen.

Elementaire fermionen zijn de fundamentele bouwstenen van zowel materie als antimaterie.

Wat zijn bosonen?

Bosonen zijn identieke deeltjes met spins van nul of geheel getal. Bosonen kunnen worden onderverdeeld in twee groepen: elementaire bosonen en samengestelde bosonen. In tegenstelling tot fermionen gehoorzamen bosonen niet aan het Pauli Exclusion Principle. Met andere woorden, een willekeurig aantal bosonen kan dezelfde kwantumtoestand innemen. Gedrag van bosonen wordt beschreven door de Bose-Einstein-statistieken. Het standaardmodel bestaat slechts uit vijf elementaire bosonen. Het zijn namelijk het Higgs-deeltje, gluon, foton, Z en

bosonen. De Higgs-deeltje hebben nul elektrische lading en nul spin is het enige scalaire boson. De laatste vier bosonen staan ​​bekend als ijkbosonen of krachtdragers omdat ze verantwoordelijk zijn voor fundamentele interacties. De gluon is verantwoordelijk voor de sterke interactie die optreedt tussen deeltjes gemaakt van quarks. foton is het meest bekende ijkboson en is verantwoordelijk voor elektromagnetische interacties. Z en

dragen zwakke interactie. Bovendien, het mediërende deeltje genaamd zwaartekracht is verantwoordelijk voor de zwaartekrachtinteractie. Het standaardmodel omvat echter niet het graviton. De fundamentele interacties die verband houden met de ijkbosonen worden beschreven door de ijktheorie.

De spins en elektrische ladingen van elementaire bosonen worden weergegeven in de volgende tabel.

boson	Draaien	Opladen	Interactie
Z	1	0	Zwak
W–, W+	1	-, +	Zwak
foton	1	0	Elektromagnetisch
Gluon	1	0	Sterk
graviton	2	0	zwaartekracht
Higgs	0	0	Massa

De samengestelde deeltjes; mesonen (bevatten één quark en één antiquark), en kernen met een even massagetal (He-4) zijn samengestelde bosonen. Bovendien worden sommige quasi-deeltjes zoals cooper-paren en fononen ook als bosonen beschouwd.

Het gedrag of de eigenschappen van bosonen bij lage temperaturen verschillen aanzienlijk van die van fermionen. Bij zeer lage temperaturen bevinden de meeste bosonen zich in dezelfde kwantumtoestand. Dus een gas van bosonen kan worden gekoeld tot zeer dicht bij het absolute nulpunt, waar bijna alle deeltjes de laagste energietoestand innemen. In dit stadium is de kinetische energie van het gas verwaarloosbaar. Dit fysieke fenomeen staat bekend als: Bose-Einstein condensatie. De supervloeibaarheid van gassen van bosonen is een gevolg van Bose-Einstein-condensatie.

Verschil tussen fermionen en bosonen

Draaien

Fermionen: Fermionen hebben spin van een half geheel getal.

bosonen: Boons hebben een integrale spin.

Pauli-uitsluitingsprincipe:

Fermionen: Fermionen gehoorzamen aan het Pauli-uitsluitingsprincipe.

bosonen: Bosonen houden zich niet aan het uitsluitingsprincipe van Pauli.

Voorbeelden:

Fermionen: Voorbeelden zijn Quarks (charme), leptonen (elektron).

bosonen: Voorbeelden zijn onder meer H⁰, graviton, foton, gluon, z,

.

Statistieken:

Fermionen: Eigenschappen van fermionen worden beschreven door de Fermi-Dirac-statistieken.

bosonen: Eigenschappen van bosonen worden beschreven door de Bose-Einstein-statistieken.

Elektrische lading van de elementaire deeltjes:

Fermionen: Elektronen, muon en tau zijn elektrisch geladen leptonen. Maar hun neutrino's hebben geen elektrische lading. Quarkdeeltjes hebben fractionele elektrische ladingen.

bosonen: Elementaire bosonen dragen geen elektrische lading (behalve W-bosonen).

Samengestelde kernen:

Fermionen: Fermionen bevatten een oneven aantal nucleonen.

bosonen: Bosonen bevatten een even aantal nucleonen.