超流體與玻色-愛因斯坦凝聚
玻色子
/ BOH-zon /
設想派對上有兩類客人。一類非要獨佔一把椅子,絕不與人共用。另一類則樂呵呵地往同一張沙發上擠,而且上面已經坐的朋友越多,下一個就越想加入。玻色子就是大自然裡那種愛擠沙發的客人——它們心甘情願、甚至迫不及待地湧進完全相同的量子態。
宇宙裡的每個粒子都屬於兩個家族之一,這由一種叫自旋的內稟屬性決定。玻色子擁有整數自旋,遵循的規則對「多少個能共享同一個態」毫無限制;光的光子、傳遞各種力的粒子,以及內部組分總數為偶數的原子,都是玻色子。另一個家族費米子則拒絕共享,這正是為什麼原子裡的電子會一層層分開排布,而不是統統塌到最底層。
玻色子之所以重要,是因為它們這份「肯共享」的脾性,是這一領域裡每一種效應的種子:雷射、超流體和玻色-愛因斯坦凝聚,全都仰仗海量玻色子一齊匯入同一個態。一個常見的混淆是以為「玻色子」指的是某種傳力粒子,或粒子物理裡某種古怪的東西;其實,整個尋常原子也算玻色子,只要它內部的零件加起來湊得恰當——這恰恰正是為什麼氦-4能成為超流體,而氦-3卻不能直接做到。
雷射之所以能工作,正因為光子是玻色子:一旦有一些光的粒子正排在同一個共享的態裡,別的便爭相湧入這同一個態,結果是一股完全相同、步調齊一的光子洪流——這是拒絕共享的費米子永遠辦不到的事。
光子是玻色子——它們湧進同一個態,雷射由此成為可能。
決定一個像原子那樣的複合體究竟是不是玻色子的,是它各零件的總和:一個氦-4原子加起來是玻色子,而少了一個中子的氦-3,算下來卻是費米子——正是這一點差別,主宰著它們各自如何成為超流體。
又稱
另見