玻色子：修订间差异

[[File:SatyenBose1925.jpg|右|200px|缩略图|[[薩特延德拉·納特·玻色|薩特延德拉·玻色]]]]

在[[量子力學]]裡，[[粒子]]可以分為'''玻色子'''（{{lang-en|'''boson'''}}）與[[費米子]]。<ref name="DarkMatter">Carroll, Sean (2007) ''Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe'', Guidebook Part 2 p. 43, The Teaching Company, ISBN 978-1-59803-350-2 "...boson: A force-carrying particle, as opposed to a matter particle (fermion). Bosons can be piled on top of each other without limit. Examples include photons, gluons, gravitons, weak bosons, and the Higgs boson. The spin of a boson is always an integer, such as 0, 1, 2, and so on..."</ref>[[保羅·狄拉克]]為了紀念[[印度]]物理學者[[薩特延德拉·玻色]]的貢獻，因此給出玻色子的命名。<ref>Notes on Dirac's lecture ''Developments in Atomic Theory'' at Le Palais de la Découverte, 6 December 1945, UKNATARCHI Dirac Papers BW83/2/257889. See note 64 to p. 331 in "The Strangest Man" by Graham Farmelo</ref>玻色與[[阿爾伯特·愛因斯坦]]合作發展出的[[玻色-愛因斯坦統計]]可以描述玻色子的性質。<ref>{{cite news |url= http://www.bbc.co.uk/news/magazine-18708741 |title= Higgs boson: The poetry of subatomic particles |date= 4 July 2012 |work= BBC News |accessdate= 6 July 2012 |||}}</ref>在所有基本粒子中，[[標準模型]]的幾個傳遞作用力的[[規範玻色子|規範子]]，[[光子]]、[[膠子]]、[[W玻色子]]、[[Z玻色子]]都是玻色子，賦予基本粒子質量的[[希格斯子]]是玻色子，已被證實。在[[量子引力|量子引力理論]]裏傳遞引力的[[引力子]]也是玻色子，尚未被證實存在。在複合粒子裏，[[介子]]是玻色子，[[質量數]]為偶數的穩定原子核，像[[重氫]]²H（[[原子核]]由一颗[[质子]]和一颗[[中子]]组成，質量數為2）、[[氦-4]]、[[鉛的同位素|鉛-208]]等也是玻色子，<ref group = "註">在所有穩定核之中，大約152/255 ~ 60%的[[質量數]]為偶數，這些原子核的自旋都是整數，都是玻色子。在這些穩定玻色子之中，幾乎全部（148個）都具有偶數質子數、偶數中子數，由於成對，自旋為零。剩下的四個穩定玻色子都具有奇數[[質子數]]、奇數[[中子數]]，這些奇-奇玻色子為{{Nuclide2|Hydrogen|2|link=yes}}、 {{Nuclide2|Lithium|6|link=yes}}、{{Nuclide2|Boron|10|link=yes}},、{{Nuclide2|Nitrogen|14|link=yes}}。另外，[[Tantalum-180m|{{Nuclide2|Tantalum|180|m}}]]是亞穩定玻色子，但是尚未被觀察到任何衰變。這些奇-奇玻色子的自旋都是非零整數。</ref>[[準粒子]]像[[庫柏對]]、[[等离体子]]、[[聲子]]等都是玻色子。<ref name="Jr.2004">{{cite book|author=Charles P. Poole, Jr.|title=Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics||date=11 March 2004|publisher=Academic Press|isbn=978-0-08-054523-3|access-date=2014-07-17|||}}</ref>{{rp|130}}

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}}</ref>與之相比，兩個費米子不能同時占有同樣的量子態。組成物質的基本粒子是費米子，例如，[[輕子]]、[[夸克]]。玻色子傳遞作用力使得費米子能夠連結在一起。由於玻色子的作用，物質能夠黏結在一起。<ref>{{cite web|last=Carroll|first=Sean|title=Explain it in 60 seconds: Bosons|url=http://www.symmetrymagazine.org/article/january-2013/bosons|work=Symmetry Magazine|publisher=Fermilab/SLAC|accessdate=15 February 2013|||}}</ref>

[[File:Symmetricwave2.png|右|缩略图|200px|在[[無限深方形阱]]裏，兩個全同玻色子的對稱波函數繪圖。<ref group="註">對稱性波函數為 <math>-[\sin(x)sin(3y)+sin(3x)sin(y)]/\sqrt{2},\qquad 0\le x,y \le \pi</math> 。注意到在 <math>x=y</math> 附近，機率輻絕對值較大，兩個玻色子趨向於彼此互相接近對方。</ref>]]

玻色子定義為遵守[[玻色-愛因斯坦統計]]的粒子；根據玻色-愛因斯坦統計，對於N個全同玻色子，假設將其中任意兩個玻色子交換，則由於描述這量子系統的[[波函數]]具有[[對稱性]]，波函數不會改變。 費米子遵守費米狄拉克統計；根據費米狄拉克統計，對於N個全同費米子，假設將其中任意兩個費米子交換，則由於描述這量子系統的[[波函數]]具有[[反對稱性]]，波函數的正負號會改變。<ref name="Srednicki2007">{{cite book|author=Mark Srednicki|title=Quantum Field Theory|date=25 January 2007|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-1-139-46276-1|url=http://www.physics.ucsb.edu/~mark/qft.html|access-date=2014-07-17|||}}</ref>{{rp|28-29}}由於這特性，費米子遵守[[包利不相容原理]]：兩個全同費米子不能占有同樣的量子態。因此，物質具有有限體積與硬度。費米子被稱為物質的組成成分。<ref name=Sakurai>{{Citation | last1 = Sakukrai | first1 = J. J. |last2 = Napolitano | first2 = Jim | title = Modern Quantum Mechanics | edition = 2nd | publisher = Addison-Wesley | year = 2010 | isbn =978-0805382914 }}</ref>{{rp|450-452}}