Fermion

Az összetett részecskék (mint például a hadronok, atommagok és atomok) alkotóelemeiktől függően lehetnek bozonok vagy fermionok. Pontosabban, a spin és a statisztika közötti kapcsolat miatt egy páratlan számú fermiont tartalmazó részecske maga is fermion. Fél egész spinje lesz.

Példák a következők:

• Egy barion, mint például a proton vagy a neutron, három fermionikus kvarkot tartalmaz, ezért fermion.
• A szén-13 atom magja hat protont és hét neutront tartalmaz, ezért fermion.
• A hélium-3 (3He) atom két protonból, egy neutronból és két elektronból áll, ezért fermion; A deutérium atom is egy protonból, egy neutronból és egy elektronból áll, ezért szintén fermion.

A bozonok száma egy egyszerű, potenciállal kötött részecskékből álló összetett részecskén belül nincs hatással arra, hogy az bozon vagy fermion-e.

Az összetett részecske (vagy rendszer) fermionikus vagy bozonikus viselkedése csak nagy (a rendszer méretéhez képest) távolságoknál figyelhető meg. Közelségben, ahol a térbeli struktúra kezd fontos lenni, egy összetett részecske (vagy rendszer) az alkotórészecskék összetételének megfelelően viselkedik.

A fermionok bozonikus viselkedést mutathatnak, ha lazán párban kötődnek. Ez a szupravezetés és a hélium-3 szuperfolyékonyságának eredete: a szupravezető anyagokban az elektronok fononok cseréje révén lépnek kölcsönhatásba, Cooper-párokat alkotva, míg a hélium-3-ban a Cooper-párok spinfluktuációkon keresztül jönnek létre.

A tört kvantum-Hall-effektus kvázirészecskéit kompozit fermionoknak is nevezik, amelyek olyan elektronok, amelyekhez páros számú kvantált örvény kapcsolódik.

SkyrmionokSzerkesztés

Kvantumtérelméletben létezhetnek olyan bozonok térkonfigurációi, amelyek topológiailag csavartak. Ezek koherens állapotok (vagy szolitonok), amelyek úgy viselkednek, mint egy részecske, és lehetnek fermionikusak akkor is, ha az összes alkotó részecske bozon. Ezt Tony Skyrme fedezte fel az 1960-as évek elején, ezért a bozonokból álló fermionokat róla skyrmionoknak nevezték el.

Skyrme eredeti példája olyan mezőkre vonatkozott, amelyek egy háromdimenziós gömbön vesznek fel értékeket, ez az eredeti nemlineáris szigma modell, amely a pionok nagy távolságban való viselkedését írja le. Skyrme modelljében, amelyet a kvantumkromodinamika (QCD) nagy N vagy húr közelítésében reprodukálnak, a proton és a neutron a pionmező fermionikus topológiai szolitonjai.

Míg Skyrme példája a pionok fizikájával foglalkozott, addig a kvantumelektrodinamikában van egy sokkal ismertebb példa egy mágneses monopollal. Egy bozonikus monopólus a lehető legkisebb mágneses töltéssel és az elektron bozonikus változata egy fermionikus diont alkot.