全同粒子

内禀属性完全相同的粒子
全同粒子是指内禀属性(质量、电荷、自旋等)完全相同的粒子。它们可以是基本粒子,也可以是由基本粒子构成的复合粒子(如α粒子)。

理论诠释

粒子全同性概念与粒子态的量子化有本质上的联系。如果没有态的量子化,就谈不上全同性。经典物理学中,由于粒子的性质(质量、大小、形状等)可连续变化,谈不上两个粒子真正全同。
全同粒子组成的多体系的哈密顿量,对于任何两个粒子交换是对称(不变)的。实验表明,全同粒子体系状态的交换对称性,取决于粒子的自旋。量子力学中这种全同性导致全同多粒子体系波函数对于粒子交换的对称性。对于自旋是ħ整数倍(包含0)的粒子,如π介子(自旋为0)和光子(自旋为ħ),波函数对于任何两个全同粒子交换是对称的(不改变正负号),称为玻色子。对于自旋是ħ的半奇数倍的粒子,如电子、质子和中子(自旋为ħ/2),波函数对于任何两个全同粒子交换是反对称的(改变正负号),称为费米子。粒子全同性不应认为只是一个抽象概念,它是可观测量。全同费米子体系必须遵守泡利不相容原理,它是理解化学元素周期律(原子中的电子壳结构)的关键。量子力学出现后,在全同性原理的基础上从理论上证明了这一原理。泡利原理是原子、分子以及原子核结构的理论基础之一。而全同玻色子体系则允许任意多个粒子处于同一量子态,在适当条件下则可能出现玻色-爱因斯坦凝聚现象。

具体说明