Fermione

Le particelle composte (come gli adroni, i nuclei e gli atomi) possono essere bosoni o fermioni a seconda dei loro costituenti. Più precisamente, a causa della relazione tra spin e statistica, una particella contenente un numero dispari di fermioni è essa stessa un fermione. Avrà spin mezzo intero.

Gli esempi includono i seguenti:

• Un barione, come il protone o il neutrone, contiene tre quark fermionici e quindi è un fermione.
• Il nucleo di un atomo di carbonio-13 contiene sei protoni e sette neutroni ed è quindi un fermione.
• L’atomo di elio-3 (3He) è fatto di due protoni, un neutrone e due elettroni, e quindi è un fermione; anche l’atomo di deuterio è fatto di un protone, un neutrone e un elettrone, e quindi è un fermione.

Il numero di bosoni all’interno di una particella composita fatta di particelle semplici legate con un potenziale non ha alcun effetto sul fatto che sia un bosone o un fermione.

Il comportamento ferionico o bosonico di una particella composita (o sistema) si vede solo a grandi (rispetto alle dimensioni del sistema) distanze. In prossimità, dove la struttura spaziale comincia ad essere importante, una particella composita (o un sistema) si comporta secondo la sua composizione.

I fermioni possono mostrare un comportamento bosonico quando si legano debolmente in coppia. Questa è l’origine della superconduttività e della superfluidità dell’elio-3: nei materiali superconduttori, gli elettroni interagiscono attraverso lo scambio di fononi, formando coppie di Cooper, mentre nell’elio-3, le coppie di Cooper si formano attraverso fluttuazioni di spin.

Le quasiparticelle dell’effetto Hall frazionario sono anche conosciute come fermioni composti, che sono elettroni con un numero pari di vortici quantizzati attaccati a loro.

SkyrmionModifica

In una teoria quantistica di campo, ci possono essere configurazioni di campo di bosoni che sono topologicamente contorte. Questi sono stati coerenti (o solitoni) che si comportano come una particella, e possono essere fermionici anche se tutte le particelle costituenti sono bosoni. Questo fu scoperto da Tony Skyrme all’inizio degli anni ’60, quindi i fermioni fatti di bosoni sono chiamati skyrmion in suo onore.

L’esempio originale di Skyrme coinvolgeva campi che prendono valori su una sfera tridimensionale, il modello sigma non lineare originale che descrive il comportamento a grande distanza dei pioni. Nel modello di Skyrme, riprodotto nella grande approssimazione N o stringa della cromodinamica quantistica (QCD), il protone e il neutrone sono solitoni fermionici topologici del campo del pione.

Se l’esempio di Skyrme riguardava la fisica dei pioni, esiste un esempio molto più familiare nell’elettrodinamica quantistica con un monopolo magnetico. Un monopolo bosonico con la più piccola carica magnetica possibile e una versione bosonica dell’elettrone formeranno un dione fermionico.