Fermion

Sammensatte partikler (såsom hadroner, atomkerner og atomer) kan være bosoner eller fermioner, afhængigt af deres bestanddele. Mere præcist, på grund af forholdet mellem spin og statistik, er en partikel, der indeholder et ulige antal fermioner, selv en fermion. Den vil have et halvt helt spin.

Eksempler omfatter følgende:

• En baryon, som f.eks. proton eller neutron, indeholder tre fermioniske kvarker og er derfor en fermion.
• Kernen i et kulstof-13 atom indeholder seks protoner og syv neutroner og er derfor en fermion.
• Atomet helium-3 (3He) består af to protoner, en neutron og to elektroner, og derfor er det en fermion; også deuteriumatomet består af en proton, en neutron og en elektron, og derfor er det også en fermion.

Antallet af bosoner i en sammensat partikel, der består af simple partikler bundet med et potentiale, har ingen indflydelse på, om det er en boson eller en fermion.

Fermionisk eller bosonisk adfærd hos en sammensat partikel (eller et system) ses kun ved store (i forhold til systemets størrelse) afstande. Ved nærhed, hvor den rumlige struktur begynder at være vigtig, opfører en sammensat partikel (eller et system) sig i overensstemmelse med sin sammensætning.

Fermioner kan udvise bosonisk opførsel, når de bliver løst bundet parvis. Dette er oprindelsen til superledning og superfluiditet i helium-3: i superledende materialer interagerer elektroner gennem udveksling af fononer og danner Cooper-par, mens Cooper-parrene i helium-3 dannes via spinfluktuationer.

Kvasipartiklerne i den fraktionelle quantum Hall-effekt er også kendt som sammensatte fermioner, som er elektroner med et lige antal kvantiserede hvirvler knyttet til dem.

SkyrmionerRediger

I en kvantefeltteori kan der være feltkonfigurationer af bosoner, som er topologisk snoede. Disse er kohærente tilstande (eller solitoner), der opfører sig som en partikel, og de kan være fermioniske, selv om alle de konstituerende partikler er bosoner. Dette blev opdaget af Tony Skyrme i begyndelsen af 1960’erne, så fermioner lavet af bosoner er opkaldt skyrmioner efter ham.

Skyrmes oprindelige eksempel involverede felter, der tager værdier på en tredimensionel kugle, den oprindelige ikke-lineære sigma-model, som beskriver pionernes adfærd på store afstande. I Skyrmes model, der er gengivet i den store N- eller string-approximation til kvantekromodynamikken (QCD), er protonen og neutronen fermioniske topologiske solitoner af pionfeltet.

Mens Skyrmes eksempel involverede pionfysik, er der et meget mere velkendt eksempel i kvanteelektrodynamikken med en magnetisk monopol. En bosonisk monopol med den mindste mulige magnetiske ladning og en bosonisk udgave af elektronen vil danne en fermionisk dyon.