Квантовая физика: БОЗОНЫ и ФЕРМИОНЫ для начинающих

Описание: Вот как квантовая физика предсказывает существование бозонов и фермионов, но мы также обсудим, что эти слова вообще означают!

Привет всем! Я вернулся с новым видео, снятым за несколько недель до того, как у нас набралось 50 тысяч подписчиков! Большое спасибо за вашу поддержку. В этом видео я хотел поговорить с вами о двух разных типах частиц, известных как бозоны и фермионы. Возможно, вы слышали об этих двух классах частиц. Например, несколько лет назад бозон Хиггса часто упоминался в новостях. Это, конечно же, один из видов бозонов. И, возможно, вы слышали об особом виде фермиона, известном как электрон.

Квантовая механика предсказывает существование бозонов и фермионов, если мы рассмотрим простую систему, состоящую из двух (или более) неразличимых частиц. Эти частицы в нашей системе не только идентичны во всех отношениях (одинаковая масса, одинаковый заряд и т. д.), но и неотличимы друг от друга. Это означает, что мы не можем обозначить их как частицу A, частицу B и т. д. и отслеживать их с течением времени. Если мы оставим нашу систему в покое на некоторое время, а затем вернёмся к ней, то у нас не будет способа узнать, какая частица есть какая. Всё, что мы знаем, это то, что количество частиц в системе до этого равно количеству частиц в системе после этого.

Это предположение о том, что наша система состоит из неразличимых частиц, на самом деле может быть закодировано математически. Если наши частицы должны быть неразличимы, то мы можем представить себе, обозначив их как частица A и частица B. Но это только для целей наших собственных вычислений. Если частицы действительно должны быть неразличимы, то наша система должна выглядеть одинаково независимо от того, находится ли у нас частица A слева и частица B справа, или если две частицы поменялись местами — у нас не должно быть способа узнать это. И если это так, то распределение вероятностей нашей системы (вероятность обнаружения двух частиц в двух заданных точках пространства) должно быть одинаковым независимо от того, находится ли частица A слева, а B справа, или они поменялись местами. Ранее я снимал видео о неразличимых частицах, поэтому, пожалуйста, посмотрите их на моём канале.

Как мы видим в видео, распределение вероятностей нашей системы очень тесно связано с её волновой функцией. В частности, оно связано с квадратом волновой функции. Таким образом, мы можем приравнять квадраты волновых функций для случая, когда частица A слева, а B справа, и когда они поменялись местами.

Сделав это, мы можем, следуя простой математике, понять, что для такой системы мы можем видеть два разных вида волновых функций. Один, где волновая функция не меняется при перестановке двух частиц, и другой, где волновая функция становится отрицательной при перестановке двух частиц. Это два разных класса частиц. Известно, что система частиц, волновая функция которой не меняется при обмене частицами, содержит бозоны. Система, волновая функция которой становится отрицательной при обмене частицами, содержит фермионы.

Как оказалось, мы наблюдали множество частиц, проявляющих либо бозонное, либо фермионное поведение. Бозоны могут проявлять особые свойства, такие как конденсация Бозе-Эйнштейна, в то время как фермионы должны подчиняться принципу запрета Паули. В будущем я буду снимать видео на обе эти темы, так что следите за обновлениями.

А пока надеюсь, вам понравилось это видео. Если да, поставьте лайк, подпишитесь и загляните на мой второй канал «Parth G's Shenanigans» (здесь https://www.youtube.com/channel/UCLne..., где можно послушать мою оригинальную музыку! Подписывайтесь на меня в Instagram @parthvlogs.