Parçacık Grupları > Kuark Grupları > Spin: Fermion ve Bozonlar
 

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.