玻色子和费米子
每个基本粒子要么是玻色子（具有整数自旋和对称交换），要么是费米子（具有半整数自旋和反对称交换）；这种由自旋统计定理确定的区别，决定了粒子如何共享量子态。
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Definition
玻色子是全同粒子，其联合态在交换下是对称的，并带有整数自旋；而费米子是全同粒子，其联合态是反对称的，并带有半整数自旋，这种联系由自旋统计定理保证。
Scope
本主题涵盖了玻色子和费米子在交换行为下的定义，将整数自旋与对称统计、半整数自旋与反对称统计联系起来的自旋统计定理，玻色-爱因斯坦和费米-狄拉克占据统计，玻色子聚集和费米子排斥的对比趋势，以及其统计行为由其组成部分决定的复合粒子。
Core questions
- 粒子交换时，玻色子和费米子有何区别？
- 自旋统计定理为何将自旋与交换对称性联系起来？
- 玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计在占据方面有何不同？
- 原子等复合粒子遵循何种统计规律？
Key concepts
- 玻色子
- 费米子
- 自旋统计定理
- 玻色-爱因斯坦统计
- 费米-狄拉克统计
- 复合粒子
Key theories
- 自旋统计定理
- 相对论量子场论的一个深刻结果要求整数自旋粒子是具有对称态的玻色子，而半整数自旋粒子是具有反对称态的费米子，因此仅凭自旋就能确定粒子遵循何种统计规律。
- 玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计
- 对称态允许任意数量的玻色子占据同一模式并使其倾向于聚集，从而导致凝聚；而反对称态将费米子限制为每个模式一个，并使其分散开来，从而导致费米海和简并压。
Clinical relevance
玻色子-费米子的划分塑造了宏观量子世界：玻色子行为产生了玻色-爱因斯坦凝聚、超流氦、超导性和激光，而费米子行为产生了原子和固体的电子结构以及支撑致密星体的简并压。
History
玻色和爱因斯坦于1924年推导了整数自旋粒子的统计规律，并预测了凝聚现象；费米和狄拉克于1926年发现了半整数自旋粒子的统计规律，而泡利于1940年证明了自旋统计定理，在相对论量子理论中将这两类粒子与自旋联系起来。
Key figures
- Satyendra Nath Bose
- Albert Einstein
- Enrico Fermi
- Wolfgang Pauli
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Seminal works
- sakurai2017
- fetterwalecka2003
Frequently asked questions
- 什么决定了一个粒子是玻色子还是费米子？
- 根据自旋统计定理，其自旋决定了这一点：光子等整数自旋粒子是玻色子，而电子等半整数自旋粒子是费米子；复合粒子是玻色子还是费米子取决于它们包含偶数还是奇数个费米子。
- 费米子能否表现出玻色子的行为？
- 费米子对可以结合成复合玻色子，就像电子在库珀对中那样，然后经历玻色子凝聚；这是超导性和费米子原子气体凝聚背后的机制。