超流体与玻色-爱因斯坦凝聚
玻色子
/ BOH-zon /
设想派对上有两类客人。一类非要独占一把椅子,绝不与人共用。另一类则乐呵呵地往同一张沙发上挤,而且上面已经坐的朋友越多,下一个就越想加入。玻色子就是大自然里那种爱挤沙发的客人——它们心甘情愿、甚至迫不及待地涌进完全相同的量子态。
宇宙里的每个粒子都属于两个家族之一,这由一种叫自旋的内禀属性决定。玻色子拥有整数自旋,遵循的规则对“多少个能共享同一个态”毫无限制;光的光子、传递各种力的粒子,以及内部组分总数为偶数的原子,都是玻色子。另一个家族费米子则拒绝共享,这正是为什么原子里的电子会一层层分开排布,而不是统统塌到最底层。
玻色子之所以重要,是因为它们这份“肯共享”的脾性,是这一领域里每一种效应的种子:激光、超流体和玻色-爱因斯坦凝聚,全都仰仗海量玻色子一齐汇入同一个态。一个常见的混淆是以为“玻色子”指的是某种传力粒子,或粒子物理里某种古怪的东西;其实,整个寻常原子也算玻色子,只要它内部的零件加起来凑得恰当——这恰恰正是为什么氦-4能成为超流体,而氦-3却不能直接做到。
激光之所以能工作,正因为光子是玻色子:一旦有一些光的粒子正排在同一个共享的态里,别的便争相涌入这同一个态,结果是一股完全相同、步调齐一的光子洪流——这是拒绝共享的费米子永远办不到的事。
光子是玻色子——它们涌进同一个态,激光由此成为可能。
决定一个像原子那样的复合体究竟是不是玻色子的,是它各零件的总和:一个氦-4原子加起来是玻色子,而少了一个中子的氦-3,算下来却是费米子——正是这一点差别,主宰着它们各自如何成为超流体。
又称
另见