Parçacıklar
spin büyüklüklerine bağlı olarak, önemli davranış farklılıkları sergiliyorlar.
Örneğin; birbirleriyle etkileşim halindeki parçacıkların içinde bulundukları fiziksel
koşullar, genellikle bu parçacıkların her birine; fiziksel değişkenlerinin sahip
olabileceği değerler açısından, birer dizi seçenek sunuyor. Fiziksel değişkenlerin
olası değer kümelerinden oluşan bu seçenekleri veya 'kuantum durumları'nı, bir
otelin farklı katlarındaki odalara benzetecek olursak; spini ћ'ın tamsayı
katlarıyla orantılı (0, ћ , 2ћ ,...) olan benzer parçacıklar; birbirlerine
daha 'yakın' olabiliyor ve aynı odayı paylaşabiliyorlar. Yani, aynı kuantum durumunda
oturmaya hiçbir itirazları yok. Bunlara 'bozon' deniyor. Halbuki, spini ћ'ın
kesirli katlarıyla orantılı ( ћ/2, 3ћ/2,...) olan parçacıklar, aynı
odayı asla paylaşmıyor ve farklı kuantum durumlarında bulunmayı tercih ediyorlar.
Bunlara da Fermion sınıfı parçacıklar deniyor ve aralarındaki geçimsizlik ilişkisi,
bulucusunun adıyla, "Pauli'nin dışlama ilkesi" olarak anılıyor.
Örneğin
elektronla, üçlü kuark gruplarından oluşan proton ve nötron birer fermion. Kuark
ikililerinden oluşan mezonlarsa, bozon oluyor. Fotonlar da keza bozon. Çekirdeklerin
hangi sınıftan olduğu ise, içerdikleri nötron ve proton sayılarının tek veya çift
olmasına bağlı. Örneğin, ikişer proton ve nötrondan oluşan He4 çekirdeği
bir bozon. Benzer parçacık kümelerinden, bozon niteliği taşıyanların ortalama
davranışları Bose-Einstein, Fermion niteliği taşıyanlarınki ise Fermi-Dirac istatistiği
denilen kurallar cümlesiyle belirleniyor. Bozonların aynı kuantum durumunu paylaşabilmeleri
çok önemli sonuçlara veya şaşırtıcı olgulara yol açıyor.
Helyum
bu özelliği nedeniyle, mutlak sıfırın 2 derece üstüne (2 K) kadar soğutulsa dahi
kristalleşmiyor. Akışkanlık katsayısı ve yüzey gerilimi sıfır olan bir 'süper
akışkan'a dönüşüyor. Mutlak sıfıra mikrokelvin düzeyinde yaklaşıldığında ise,
ilginç özellikler sergileyen 'süperkatı' He4 halini alıyor. İleride
diğer bozon kümelerinin de, benzeri şekilde şaşırtıcı özelliklerinin keşfedileceğine
kesin gözüyle baklılıyor.