Kvanteobjekter i motsetning til konvensjonelle makroskopiske objekter har ikke et bestemt sted og hastighet; i stedet er de smurt ut over en bestemt region, typisk deBroglie bølgelengden og har en viss hastighetsfordeling. Prinsippet bak Det kalles Heisenberg usikkerhetsprinsipp etablert Av Werner Heisenberg. Men dette betyr at hvis vi bringer partikler så tett sammen at deres bølger begynner å berøre hverandre, er de hovedsakelig uutslettelige. Vi kan ikke engang skille mellom dem på grunn av deres posisjon. Så hvis vi gjør en operasjon med en kvantegass, la oss si stige temperaturen resultatet bør ikke avhenge av indeksering av partiklene. Følgelig bør resultatet av denne operasjonen forbli den samme når vi bytter posisjonen til noen av disse partiklene.
dette faktum førte til oppfinnelsen av symmetriske og anti-symmetriske bølgefunksjoner. Disse bølgefunksjonene sikrer det ovenfor krevde; at en partikkelutveksling ikke endrer resultatet av en operasjon.Partikler med en symmetrisk bølgefunksjon kalles Bosoner; De med en anti-symmetrisk bølgefunksjon kalles Fermioner.
Til nå er Det Ikke noe avgjørende teoretisk konsept som forutsier hvilke partikler Som Er Bosoner og hvilke partikler Som Er Fermioner, men empirisk ser det ut til at det har mye å gjøre med partiklens spinn. Spinnet er en egenskap (indre frihetsgrad) av kvantemekaniske partikler; man kan forestille seg det som en rotasjon av partikkelen rundt sin egen akse, som jorden roterer rundt sin akse, selv om denne visningen ikke er riktig i det hele tatt. Det er partikler med fraksjonal spinn 1/2; 3/2; 5/2;… etc og med heltall spinn 1,2,3,4, … etc. Det kommer ut at partikler med heltallspinn har en symmetrisk bølgefunksjon og kalles Bosoner, og at slike med brøkspinn har anti-symmetriske bølgefunksjoner og kalles Fermioner. Spin-statistikken theroem gir en teoretisk begrunnelse for denne observasjonen, selv om den ikke kan behandles som et bevis da det trenger mange antagelser som ikke er bevist av seg selv.
I noen aspekter Har Bosoner og Fermioner motsatte egenskaper. Det viktigste aspektet er at to Fermioner aldri kan okkupere samme kvantetilstand.
som et eksempel kan vi ta ethvert atom fra det periodiske bordet. Atomer består av en kjerne og et elektronskall. Elektroner har spinn ½ og Er Derfor Fermioner. På grunn av deres fermioniske natur kan de ikke okkupere samme kvantetilstand, derfor bygger de opp forskjellige baner rundt atomet, ellers ville det være vanskelig å forklare hvorfor alle elektronene i et atom ikke samler seg i det laveste orbitalet, da det har den laveste energien, som alltid er favorisert i naturen.
I motsetning Bosoner elsker å okkupere samme kvantetilstand. Dette unngås vanligvis på grunn av termisk eksitering av En Bose-gass ved endelige temperaturer. Men VED 0K bør Alle Bosoner i en gass oppta den laveste energitilstanden.
Som et eksempel kan Vi ta Fotoner som er lyskvanta. De har spinn 1 og Er Derfor Bosoner. I En Laser har det store flertallet av utstrålede fotoner samme frekvens-og forplantningsretning, de opptar alle samme kvantetilstand og danner en sammenhengende bølge.
de ovennevnte diskuterte egenskapene Til Bosoner og Fermioner kan kombineres til diktasjonsfunksjonene, de vil bli behandlet i seksjonen etter nex-delen. For å forstå distribusjonsfunksjoner er det nødvendig å introdusere fri energi og tilhørende kjemiske potensial. Derfor handler neste avsnitt om spørsmålet:
Hva er fri energi og kjemisk potensial?