费米子和玻色子的区别

　　粒子按其在高密度或低温度时集体行为的不同可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米，另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。

　　区分这两类粒子的重要特征是自旋。自旋是粒子的一种与其角动量(粒略地讲，就是半径与转动速度的乘积)相联系的固有性质。量子力学所揭示的一个重要之点是，自旋是量子化的，这就是说，它只能取普朗克常数的整数倍(玻色子，如光子、介子等)或半整数倍(费米子，如电子、质子等)。

　　费米子和玻色子遵循完全不同的统计规律。前者遵循的费米-狄拉克统计，其中一个显著和特点，就是1925年瑞士科学家泡利发现的“泡利不相容原理”，即在一个费米子系统中，绝不可能存在两个或两个以上在电荷、动量和自旋朝向等方面完全相同的费米子。这就像电影院里的座位，每座只能容纳一个人。而玻色子则完全不同，一个量子态可以容纳无穷多个玻色子。因此，也只有玻色子才可能出现玻色-爱因斯坦凝聚现象。

我们身处的这个宇宙相当奇妙，蕴藏着无穷的奥秘。也许说起来很让人费解，宇宙学家要探究宏大宇宙中的奥秘，却必须要从研究微观的粒子世界开始。在微观的粒子世界里，“玻色子”和“费米子”是粒子物理学中经常出现的两个名词，不是专业搞物理的几乎没几个人能说清楚它们到底是什么，这篇文章就简要地来说说。

玻色子是以印度物理学家萨特延德拉·纳特·玻色的名字命名的，费米子是以意大利物理学家恩里科·费米的名字命名的。也许您不知道，在微观粒子世界里，向电子和夸克这样的粒子，除了质量以外，还有其他决定它们和另外的粒子间相互作用的性质，这当中最重要也是最奇妙的一个性质，就是粒子的自旋。

 
顾名思义，所谓粒子的自旋，就是指粒子的自转，就如同地球的自转一样。但是，不同粒子的自旋又存在关键性的区别，而这些区别深刻地影响着宇宙中物质的行为方式。所有电子的自旋都是完全相同的，为1/2个单位，而另一些粒子的自旋是1个单位。或者有些粒子的自旋是2/3个单位，并且以1/2个单位的幅度递增。当然，有些粒子没有自旋，因此被称为自旋为0的粒子。

物理学家将不同自旋的粒子分成了两类：那些自旋为整数（0、1、2、……）的粒子被称作“玻色子”（最著名的玻色子无疑是希格斯玻色子）；那些自旋为半整数（1/2、1^1/2、2^1/2、……）的粒子就被称作“费米子”。为什么要把粒子分成这两类呢？答案与粒子的结合方式有关。

 
玻色子是一种有弹性的粒子。比如，在一个小盒子里，外面可以不停地放入越来越多的玻色子，而且不会遇到任何阻力。在我们日常生活中最常见的玻色子就是光子，光子的自旋为1.如果你有能力把许多光子塞进一个小盒子里，你无需担心盒子里是否已经有光子存在或者盒子是否已满，你只管往里放就可以了。

而费米子的情况则完全不同。费米子不喜欢自己的同类，一旦它们形成了自己的空间，就不会允许其它费米子靠近。如果你想把很多的费米子放进一个盒子里，最终这个盒子会被塞满，以至于到最后再也塞不进一个费米子了。日常生活中最常见的费米子就是电子，另外，夸克、质子和中子也都属于费米子。

 
费米子的排布规律对我们的世界产生了深远地影响，人们据此建立了化学这门学科。这就是著名的“泡利不相容原理”，至今仍发挥着巨大的作用。