Fermion

Kompositpartiklar (såsom hadroner, atomkärnor och atomer) kan vara bosoner eller fermioner beroende på deras beståndsdelar. Mer exakt, på grund av förhållandet mellan spinn och statistik, är en partikel som innehåller ett udda antal fermioner i sig själv en fermion. Den kommer att ha ett halvt heltals spinn.

Exemplen omfattar följande:

• En baryon, som proton eller neutron, innehåller tre fermioniska kvarkar och är därför en fermion.
• Kärnan i en kol-13-atom innehåller sex protoner och sju neutroner och är därför en fermion.
• Atomen helium-3 (3He) består av två protoner, en neutron och två elektroner och är därför en fermion.
• Det är också så att deuteriumatomen består av en proton, en neutron och en elektron och är därför också en fermion.

Antalet bosoner i en sammansatt partikel som består av enkla partiklar som är bundna med en potential har ingen inverkan på om det är en boson eller en fermion.

Fermioniskt eller bosoniskt beteende hos en sammansatt partikel (eller ett system) ses endast på stora (jämfört med systemets storlek) avstånd. Vid närhet, där den rumsliga strukturen börjar bli viktig, beter sig en sammansatt partikel (eller system) enligt sin sammansättning.

Fermioner kan uppvisa bosoniskt beteende när de blir löst bundna i par. Detta är ursprunget till supraledning och superfluiditet i helium-3: i supraledande material interagerar elektroner genom utbyte av fononer och bildar Cooperpar, medan Cooperpar i helium-3 bildas via spinnfluktuationer.

Kvasipartiklarna i den fraktionella kvant-Hall-effekten är också kända som sammansatta fermioner, som är elektroner med ett jämnt antal kvantiserade virvlar knutna till sig.

SkyrmionerRedigera

I en kvantfältsteori kan det finnas fältkonfigurationer av bosoner som är topologiskt förvridna. Dessa är koherenta tillstånd (eller solitoner) som beter sig som en partikel, och de kan vara fermioniska även om alla ingående partiklar är bosoner. Detta upptäcktes av Tony Skyrme i början av 1960-talet, så fermioner gjorda av bosoner kallas skyrmioner efter honom.

Skyrmes ursprungliga exempel involverade fält som tar värden på en tredimensionell sfär, den ursprungliga icke-linjära Sigma-modellen som beskriver pionernas beteende på stora avstånd. I Skyrmes modell, som återges i den stora N- eller strängapproximationen i kvantkromodynamiken (QCD), är protonen och neutronen fermioniska topologiska solitoner av pionfältet.

Där Skyrmes exempel gällde pionfysik finns det ett mycket mer välkänt exempel inom kvantelektrodynamiken med en magnetisk monopol. En bosonisk monopol med minsta möjliga magnetiska laddning och en bosonisk version av elektronen kommer att bilda en fermionisk dyon.