Põhiline erinevus bosonite ja fermioonide vahel seisneb selles, et bosonitel on täisarvuline spin, samas kui fermionitel on pooltäisarvuline spin.
Kõik osakesed, mida looduses vaatleme, on kahte tüüpi bosonite ja fermionidena. Osakesed saame jagada nendesse kahte rühma, lähtudes osakeste pöörlemisest. Seetõttu nimetame seda "pöörlemise klassifikatsiooniks". Kõigil osakestel on spinn ehk “sisemine nurkimpulss”.
Mis on bosonid?
Bosoonid on täisarvulise spinniga osakeste tüüp. Seetõttu ei piira Pauli välistamispõhimõte neid osakesi. Nende osakeste energiajaotust saame kirjeldada Bose-Einsteini statistika abil.
Joonis 01: Bosonide sümmeetriline lainefunktsioon
Mõned bosonite näited hõlmavad põhiosakesi, nagu footonid, gluoonid jne. See hõlmab nii elementaarosakesi kui ka liitosakesi, st mesoneid. Nende osakeste üks oluline omadus on see, et nad ei piira samas kvantseisundis olevate osakeste arvu. Bosoneid nimetatakse sel põhjusel "jõukandjateks". Lisaks toimivad need liimina, mis hoiab asja koos. Veelgi enam, lainefunktsioon, mis kirjeldab bosonite kogumit, peab olema identsete osakeste vahetuse suhtes sümmeetriline.
Mis on Fermions?
Fermioonid on pooltäisarvulise pöörlemisega osakesed. Seetõttu piirab neid Pauli väljajätmise põhimõte. Erinev alt bosonitest ei saa kaks fermioni olla samaaegselt samas kvantseisundis. Kui mitmel fermionil on sama ruumiline tõenäosusjaotus, siis vähem alt iga fermioni spin on üksteisest erinev. Veelgi enam, fermionid on osakesed, mis moodustavad aine.
Joonis 02: Fermioonide antisümmeetriline lainefunktsioon
Fermioonide näideteks on elektronid, prootonid ja neutronid. Lisaks peab lainefunktsioon, mis kirjeldab fermioonide kogumit, olema identsete osakeste vahetuse suhtes antisümmeetriline.
Mis vahe on bosonitel ja fermioonidel?
Bosonid ja fermioonid on kaks osakeste rühma. Peamine erinevus bosonite ja fermioonide vahel on see, et bosonitel on täisarvuline spin, samas kui fermionitel on pooltäisarv. Lisaks on bosonite lainefunktsioon sümmeetriline, samas kui fermioonide lainefunktsioon on antisümmeetriline.
Lisaks ei piira Pauli välistamise põhimõte bosoniosakesi, küll aga piirab fermione. Peale selle võivad samas kvantseisundis hõivata kaks bosoniosakest samal ajal, kuid fermioonid ei saa samaaegselt samasse kvantolekusse. Niisiis, see on ka oluline erinevus bosonite ja fermioonide vahel. Mõned näited bosonite kohta hõlmavad footoneid, gluuone, heeliumi aatomeid jne, samas kui fermioonide näited hõlmavad elektrone, prootoneid, kvarke, neutroneid jne.
All infograafikul on rohkem kirjeldusi bosonite ja fermioonide erinevuste kohta.
Kokkuvõte – Bosons vs Fermions
Kõik meile teadaolevad osakesed saab jagada kahte rühma bosoniteks ja fermioonideks, lähtudes osakeste pöörlemisest. Peamine erinevus bosonite ja fermioonide vahel on see, et bosonitel on täisarvuline spin, samas kui fermionitel on pooltäisarvuline spin.
