全同粒子与统计
玻色—爱因斯坦统计
玻色—爱因斯坦统计是一群全同玻色子共享可用能态时的计数规则。与费米子不同,玻色子不受不相容之限:任意数目的玻色子都能占据完全相同的态,没有上限。当你算出一群玻色子在热平衡中如何安顿时,这种「可以堆叠」的自由,会导致经典计数永远不会预言的占据数。
这条规则由玻色—爱因斯坦分布所概括,它给出在给定能量与温度下某个态中玻色子的平均数目。对于低能态,这个数目可以变得非常大,反映出玻色子聚集的倾向。玻色子那对称的交换行为,使一个已经容纳众多粒子的态对下一个粒子更具吸引力——这是一种没有经典对应物的量子群居性。
二十世纪二十年代中期,萨特延德拉·纳特·玻色对光子的计数被阿尔伯特·爱因斯坦推广到原子之上,由此发展出这套统计;它解释了灼热物体所发之光的谱、激光的运作,以及超流体无摩擦的流动。它最壮观的预言是:冷却到足够低温时,一团玻色子气体可以把宏观比例的粒子倾倒进单一的最低态——这就是玻色—爱因斯坦凝聚。
n(E) = 1 / ( exp[(E - mu)/kT] - 1 ) (no upper limit on occupancy)
玻色子无限制地涌入低能态——这是激光与凝聚的种子。
玻色子的化学势必须保持在最低能量之下,以使分布为正。当它逼近那个能量时,最低态会骤然吸纳巨量粒子——这便是凝聚的起点。
又称
另见