全同粒子与统计

玻色子

玻色子是这样一类粒子:它们的联合波函数在交换下是对称的——交换其中两个,状态便原样返回,符号毫无变化。它们的定义性特征是整数自旋——自旋为零、一、二等等,以约化普朗克常数为单位。光的粒子光子,是最为人熟知的玻色子,胶子、W 与 Z 粒子以及希格斯粒子也都是。

对称的规则使玻色子善于合群。同种玻色子非但不彼此回避,反而比单凭偶然所预期的更容易扎堆进入同一个量子态。任意数目的玻色子都能共享同一个态,而且已经在那里的越多,下一个加入就越踊跃。这种群居的倾向,正是激光背后的引擎——其中海量光子步调一致地行进——也是超冷原子玻色—爱因斯坦凝聚背后的引擎。

复合物体也可以是玻色子,只要它由偶数个费米子构成,使其自旋相加成整数即可。氦-4 原子由偶数个质子、中子和电子组成,表现得就像玻色子,并能成为无摩擦流动的超流体。无论是基本的还是复合的,把所有玻色子联系在一起的,是藏在它们交换对称性中的那个简单的加号。

integer spin (0, 1, 2, ...); any number may share one state

玻色子带整数自旋,乐于挤在一起——这是激光与凝聚态的基础。

整数自旋与对称统计之间的联系并非额外的假设,而是一条深刻的结论——自旋统计定理,它在相对论性量子场论中得到证明。

又称
boson玻色粒子