identiske partikler

Identiske partikler, elementarpartikler med fælles karakteristika, fx hvilemasse og spin. Ifølge kvantemekanikken kan man ikke skelne mellem identiske partikler. Hvis fx to elektroner A og B vekselvirker, og to elektroner forlader vekselvirkningsområdet, er det umuligt at afgøre, om en af disse er elektronen A. Identiske partiklers opførsel sammenfattes i den relativistiske kvantefeltteori, ifølge hvilken de følger én af to former for kvantestatistik: bose- eller fermistatistik. Partikler med heltalligt spin, bosoner, adlyder bosestatistikken, hvor identiske partikler tenderer mod at befinde sig i samme kvantetilstand, mens partikler med halvtalligt spin, fermioner, adlyder fermistatistikken, hvor der højst kan befinde sig én partikel i en given kvantetilstand (Pauliprincippet). Som en analogi kan man tænke på et kast med to mønter, hvor hver af mønterne kan ende i to sluttilstande: krone (K) eller plat (P). I den almindelige klassiske statistik, hvor mønterne kan skelnes fra hinanden, er der fire lige sandsynlige udfald: KK, PP, KP, PK. Hvis man i stedet som et rent tankeeksperiment forestillede sig, at mønterne var bosoner, ville vi ikke kunne skelne mellem udfaldene KP og PK. Der bliver således i denne situation kun tre udfald, KK, PP og KP, som ifølge bosestatistikken er lige sandsynlige. Derved favoriseres de udfald, hvor de to mønter ender i samme tilstand. Hvis mønterne derimod var fermioner, ville udfaldene KK og PP ikke kunne forekomme, idet de to mønter da ville være i samme "kvantetilstand".

I kvantefysikken vil spredning mellem identiske partikler tilsvarende favorisere bestemte retninger. Pauliprincippet fastlægger fx de konfigurationer, som elektronerne i et atom kan befinde sig i; det er udgangspunktet for opbygningen af det periodiske system. Bosoners tendens til at befinde sig i samme kvantetilstand åbner muligheden for dannelse af et bosekondensat med overraskende egenskaber, hvor der befinder sig et makroskopisk antal bosoner i en fælles kvantetilstand. Det er fx tilfældet i flydende He-4, som ved nedkøling til nogle få K kondenserer i en bosevæske, superflydende helium (se superfluiditet). I 1995 lykkedes det også kortvarigt at lave egentlige bosegasser, bl.a. ved nedkøling af Li-7 atomer til ca. 100 nK.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig