Fermiyonlar ve Bozonlar

[Bilim Forum]

Madde çok sayıda fermiyon ve bozondan oluşmaktadır.

Maddenin yapıtaşları fermiyonken (proton, elektron gibi), kuvvet taşıyıcıları bozonlardır (gluon, foton gibi). Fermiyonlar, Pauli dışarlama ilkesine uyduğu halde bozonlar bu duruma uymazlar, sebebi ise kuantum sayıları aynı olan durumlara sahiptir.

Pauli dışarlama ilkesi bilindiği gibi bir orbitalde maksimum aynı kuantum durumunda tek elektronun bulunacağını dolayısıyla tüm kuantum sayılarına sahip olamayacağına, en azından birisi farklı olmak şartıyla bulunabilirler.

Fermiyonlar ayrıca sıkıştırılamazlar oysa bozonlar bu durumun ötesindedir, örneğin nötron yıldızları bu proton, elektron çökmeleri, dolayısıyla bozon davranışından kaynaklanır, nötron yıldızları bilindiği gibi çok yoğundurlar,1 kaşık nötron yıldızı dünya üzerinde yaşayan insanların kütlesinden fazladır der Marcus Chown (Marcus Chown – Biraz Kuantumdan Zarar Gelmez) ve nötron yıldızlarının çökmesiyle de kara delikler oluşur. Lazerlerin yine kullanımı bozonların bu davranışına örnektir.

Fermiyonlar bilindiği gibi Fermi-Dirac istatistiğine uyarlar, yani spin durumları l=0, 1, 2 olmak üzere (l+1/2)h (h-bar ya da Planck çizgi olarak da okuyabilirsiniz) ile verilen parçacık istatistikleridir, bozonlar ise Bose-Einstein istatistiğine uyan parçacıklardır ve l=h ile gösterilirler yani spin değerleri fermiyonlar kesirli (1/2, 5/2 vs.).

Bozonlar ise tam sayı değerleridir (0, 1, 2 vs.) Diğer yandan eğer özdeş fermiyonlar topluluğu tek parçacık dalga fonksiyonu cinsinden yazılmak istenirse iki fermiyon aynı dalga fonksiyonunda yazılamaz, fakat bozonlar bu durumun dışındadır. Yani bozonlar tek parçacık durumunda dalga fonksiyonu şeklinde yazılabilir, bu durumda fermiyonlar dalga fonksiyonunun işaretini değiştirebilir dolayısıyla antisimetriktir, Bozonlar ise iç dalga fonksiyonu değişmediği için simetrik kabul edilirler. Bozonlar aynı zamanda süperiletkenlik kavramına da açıklık getirirler.

Kaynaklar:

[1]. Modern Üniversite Fiziği Ders Kitabı

[2]. Çekirdek Fiziğine Giriş – W. N Cottingham/D. A. Greenwood (Çev: İrfan Açıkgöz, Serbülent Yıldırım) – (Literatür Yayıncılık – 2001)