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什麽是全同粒子

2024-02-11科學

俗話說「世界上沒有兩片完全相同的葉子」,這意味著在經典物理世界裏沒有兩個完全相同的物體。但在量子物理世界裏卻可以找到兩個完全相同的粒子,相同到不可區分,這就是全同粒子。

全‬ 同粒子的概念是在量子物理中提出的。它是指粒子的內稟內容完全相同,即質素、電荷、自旋等完全相同,這樣的粒子在微觀粒子體系中不可區分。舉例,我們同時測量兩個電子,只知道兩個位置處分別有一個電子,但不知道哪個電子在哪裏,因為二者不可區分。

全同粒子可以是基本粒子,如電子、光子等,也可以是由基本粒子構成的各種複合粒子中,例如質子、中子、α粒子等。

在經典物理中,粒子的內容參量(質素、大小、形狀等)是連續變化的,談不上兩個粒子精準全同。另外,對於經典粒子我們可以追蹤其運動軌跡,透過追蹤軌跡標定粒子,把不同粒子區分開來。

但量子物理中沒有軌域的概念,粒子狀態是量子化的,不能追蹤其軌跡對粒子進行標定區分。

由於全同粒子具有不可區分性,在全同粒子體系中,相互交換任意兩個全同粒子都不會引起整個體系物理狀態的改變——這叫全同性原理。

當交換兩個全同粒子,微觀狀態不變,也就是粒子分布機率密度不變,用公式表示

這個公式有兩個解

玻色子滿足第一個式子(沒有負號),稱之為玻色子具有交換對稱性。

費米子滿足第二個式子(有負號),稱之為費米子具有交換反對稱性。

由第二個式子可以推出費米子遵從的包立不相容原理。

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