Fermion

Samengestelde deeltjes (zoals hadronen, kernen en atomen) kunnen bosonen of fermionen zijn, afhankelijk van hun bestanddelen. Om precies te zijn, vanwege de relatie tussen spin en statistiek, is een deeltje dat een oneven aantal fermionen bevat, zelf een fermion. Het heeft dan een half-integer spin.

Voorbeelden zijn onder meer de volgende:

• Een baryon, zoals het proton of neutron, bevat drie fermionische quarks en is dus een fermion.
• De kern van een koolstof-13 atoom bevat zes protonen en zeven neutronen en is dus een fermion.
• Het atoom helium-3 (3He) bestaat uit twee protonen, één neutron en twee elektronen, en is dus een fermion; Ook het deuteriumatoom bestaat uit één proton, één neutron en één elektron, en is dus ook een fermion.

Het aantal bosonen binnen een samengesteld deeltje dat bestaat uit enkelvoudige deeltjes gebonden met een potentiaal, heeft geen invloed op de vraag of het een boson of een fermion is.

Fermionisch of bosonisch gedrag van een samengesteld deeltje (of systeem) wordt alleen gezien op grote (vergeleken met de grootte van het systeem) afstanden. Op korte afstand, waar ruimtelijke structuur belangrijk begint te worden, gedraagt een samengesteld deeltje (of systeem) zich volgens zijn samenstellende samenstelling.

Fermionen kunnen bosonisch gedrag vertonen wanneer zij losjes in paren worden gebonden. Dit is de oorsprong van supergeleiding en de superfluïditeit van helium-3: in supergeleidende materialen werken elektronen op elkaar in door de uitwisseling van fononen, waarbij Cooper-paren worden gevormd, terwijl in helium-3 Cooper-paren worden gevormd via spin-fluctuaties.

De quasideeltjes van het fractionele quantum Hall-effect staan ook bekend als samengestelde fermionen, dat zijn elektronen met een even aantal gekwantiseerde vortices eraan vast.

SkyrmionsEdit

In een quantumveldentheorie kunnen er veldconfiguraties van bosonen bestaan die topologisch verdraaid zijn. Dit zijn coherente toestanden (of solitonen) die zich gedragen als een deeltje, en ze kunnen fermionisch zijn, zelfs als alle samenstellende deeltjes bosonen zijn. Dit werd ontdekt door Tony Skyrme in het begin van de jaren zestig, zodat fermionen gemaakt van bosonen naar hem skyrmionen worden genoemd.

Skyrme’s oorspronkelijke voorbeeld betrof velden die waarden aannemen op een driedimensionale bol, het oorspronkelijke niet-lineaire sigma model dat het gedrag van pionen op grote afstand beschrijft. In Skyrme’s model, dat wordt gereproduceerd in de grote N- of snaarbenadering van de kwantumchromodynamica (QCD), zijn het proton en het neutron fermionische topologische solitonen van het pionveld.

Waar Skyrme’s voorbeeld pionfysica betrof, is er een veel bekender voorbeeld in de kwantum-elektrodynamica met een magnetische monopool. Een bosonische monopool met de kleinst mogelijke magnetische lading en een bosonische versie van het elektron zullen een fermionische dyon vormen.