Fermion

Komposiittihiukkaset (kuten hadronit, ytimet ja atomit) voivat olla bosoneja tai fermioneja riippuen niiden rakenneosista. Tarkemmin sanottuna spinin ja statistiikan välisen suhteen vuoksi hiukkanen, joka sisältää parittoman määrän fermioneja, on itse fermioni. Sillä on puolen kokonaisluvun spin.

Esimerkkeinä mainittakoon seuraavat:

• Baryoni, kuten protoni tai neutroni, sisältää kolme fermionista kvarkkia ja on siten fermioni.
• Hiili-13-atomin ydin sisältää kuusi protonia ja seitsemän neutronia ja on siten fermioni.
• Helium-3-atomi (3He) koostuu kahdesta protonista, yhdestä neutronista ja kahdesta elektronista, ja siksi se on fermioni; Myös deuteriumatomi koostuu yhdestä protonista, yhdestä neutronista ja yhdestä elektronista, ja siksi sekin on fermioni.

Potentiaalilla sidotuista yksinkertaisista hiukkasista koostuvan komposiittihiukkasen sisällä olevien bosonien lukumäärällä ei ole vaikutusta siihen, onko se bosoni vai fermioni.

Komposiittihiukkasen (tai systeemin) fermioninen tai bosoninen käyttäytyminen nähdään vain suurilla (systeemin kokoon verrattuna) etäisyyksillä. Läheisyydessä, jossa avaruudellinen rakenne alkaa olla tärkeä, komposiittihiukkanen (tai systeemi) käyttäytyy koostumuksensa mukaisesti.

Fermionit voivat osoittaa bosonista käyttäytymistä, kun ne sitoutuvat löyhästi pareittain. Tämä on suprajohtavuuden ja helium-3:n suprajuoksevuuden alkuperä: suprajohtavissa materiaaleissa elektronit vuorovaikuttavat fononien vaihdon kautta muodostaen Cooper-pareja, kun taas helium-3:ssa Cooper-parit muodostuvat spin-heilahtelujen kautta.

Murtokvantti-Hall-efektin kvasihiukkasia kutsutaan myös komposiittifermioneiksi, jotka ovat elektroneja, joihin on liitetty parillinen määrä kvantittuneita vektoreita.

SkyrmionitMuutos

Kvanttikenttäteoriassa voi olla bosonien kenttäkonfiguraatioita, jotka ovat topologisesti kieroutuneita. Nämä ovat koherentteja tiloja (tai solitoneja), jotka käyttäytyvät hiukkasen tavoin, ja ne voivat olla fermionisia, vaikka kaikki muodostavat hiukkaset olisivat bosoneja. Tämän havaitsi Tony Skyrme 1960-luvun alussa, joten bosoneista muodostettuja fermioneja kutsutaan hänen mukaansa skyrmioneiksi.

Skyrmen alkuperäinen esimerkki koski kenttiä, jotka ottavat arvoja kolmiulotteisella pallolla, eli alkuperäistä epälineaarista sigmamallia, joka kuvaa pionien käyttäytymistä suurilla etäisyyksillä. Skyrmen mallissa, joka toistetaan kvanttikromodynamiikan (QCD) suuren N:n tai säikeen approksimaatiossa, protoni ja neutroni ovat pionikentän fermionisia topologisia solitoneja.

Mikäli Skyrmen esimerkki liittyi pionifysiikkaan, on paljon tutumpi esimerkki kvanttielektrodynamiikasta, jossa on magneettinen monopoli. Bosoninen monopoli, jolla on pienin mahdollinen magneettinen varaus, ja elektronin bosoninen versio muodostavat fermionisen dyonin.