全同粒子與統計
玻色—愛因斯坦統計
玻色—愛因斯坦統計是一群全同玻色子共享可用能態時的計數規則。與費米子不同,玻色子不受不相容之限:任意數目的玻色子都能佔據完全相同的態,沒有上限。當你算出一群玻色子在熱平衡中如何安頓時,這種「可以堆疊」的自由,會導致經典計數永遠不會預言的佔據數。
這條規則由玻色—愛因斯坦分布所概括,它給出在給定能量與溫度下某個態中玻色子的平均數目。對於低能態,這個數目可以變得非常大,反映出玻色子聚集的傾向。玻色子那對稱的交換行為,使一個已經容納眾多粒子的態對下一個粒子更具吸引力——這是一種沒有經典對應物的量子群居性。
二十世紀二十年代中期,薩特延德拉·納特·玻色對光子的計數被阿爾伯特·愛因斯坦推廣到原子之上,由此發展出這套統計;它解釋了灼熱物體所發之光的譜、雷射的運作,以及超流體無摩擦的流動。它最壯觀的預言是:冷卻到足夠低溫時,一團玻色子氣體可以把宏觀比例的粒子傾倒進單一的最低態——這就是玻色—愛因斯坦凝聚。
n(E) = 1 / ( exp[(E - mu)/kT] - 1 ) (no upper limit on occupancy)
玻色子無限制地湧入低能態——這是雷射與凝聚的種子。
玻色子的化學勢必須保持在最低能量之下,以使分布為正。當它逼近那個能量時,最低態會驟然吸納巨量粒子——這便是凝聚的起點。
又稱
另見