主な相違点 -フェルミオンとボソン

物理学では、粒子はその性質によって2つのグループに分類されます。

それらはフェルミオンとボソンと呼ばれます。

フェルミオンはスピンが半分の粒子で、パウリ排他原理に従います。

しかし、ボソンは整数のスピン粒子であり、パウリ排他原理に従わない。

標準模型では、フェルミオンは物質の基本粒子です。

一方、ボソンは力の担い手と考えられている。

核子が奇数個の原子核は複合フェルミオン、偶数個の原子核は複合ボソンです。

特に絶対零度に近い温度では、フェルミオンとボゾンの性質は大きく異なる。

この記事では、フェルミオンとボゾンの違いに主に焦点を当てます。

フェルミオンとは

フェルミオンは半整数の粒子で、フェルミ・ディラック統計で記述されます。

パウリ排他律に従う。

従って、2つの同じフェルミオンが同時に同じ量子状態を占めることはありません。

基本的に、フェルミオンは素粒子と複合粒子の2つに分類される。

素粒子のフェルミンは、レプトン（電子、電子ニュートリノ、ミューオン、ミューニュートリノ、タウ、タウニュートリノ）とクォーク（アップ、ダウン、トップ、ボトム、ストレンジ、チャーム）です。

奇数のクォークを含むハドロン（中性子、陽子）、奇数の核子からなる原子核（例： の原子核は、6個の陽子と7個の中性子を含む複合フェルミオンであると考えられている。

さらに、He-3のような原子（2つの陽子、1つの中性子、2つの電子を含む）も複合フェルミオンです。

素粒子のフェルミンは、物質と反物質の基本的な構成要素です。

ボソンとは何か

＞ボソンとは

Bosons are identical particles having zero or integer spins. Bosons can be categorized into two groups: elementary bosons and composite bosons. Unlike fermions, bosons do not obey the Pauli Exclusion Principle. In other words, any number of bosons can occupy the same quantum state. Behaviors of bosons are described by the Bose-Einstein statistics. The standard model only consists of five elementary bosons. They are namely the Higgs boson, gluon, photon, Z and  bosons. The Higgs boson have zero electric charge and zero spin is the only scalar boson. The last four bosons are known as gauge bosons or force carriers as they are responsible for fundamental interactions. The gluon is responsible for the strong interaction that appears between particles made of quarks. Photon is the most familiar gauge boson and is responsible for electromagnetic interactions. Z and  carry weak interaction. In addition, the mediating particle called graviton is responsible for the gravitational interaction. However, the standard model does not include the graviton. The fundamental interactions associated with the gauge bosons are described by the gauge theory. 

素粒子のボゾンのスピンと電荷は次の表のとおりです。

| — | — | — | — |
| ボソン｜スピン｜電荷｜相互作用｜｜Z
| 弱い｜Z｜1｜0｜弱い｜0｜0
| W-,W+｜1｜-,+｜弱い｜の順。

複合粒子である中間子（クォークと反クォークを1個ずつ含む）や偶数質量数の原子核（He- 4）は複合ボゾンです。

また、クーパー対やフォノンなどの準粒子もボソンとみなされる。

ボゾンの低温での振る舞いや性質は、フェルミオンのそれとは大きく異なる。

極低温では、ほとんどのボゾンが同じ量子状態を占める。

そのため、ボゾンの気体は、ほとんどすべての粒子が最も低いエネルギー状態を占める絶対零度に非常に近い温度まで冷却することができる。

このとき、気体の運動エネルギーは無視できるほど小さくなる。

この物理現象は、ボーズ-アインシュタイン凝縮として知られている。

ボゾン気体の超流動は、ボーズ-アインシュタイン凝縮の結果です。

フェルミオンとボゾンの違い

スピン

フェルミオン フェルミオンは半整数のスピンを持つ。

ボソン。

ブオンのスピンは整数です。

パウリ排他原理。

フェルミ粒子 フェルミ粒子：パウリ排他律に従う。

ボソン ボソンはパウリ排他律に従わない。

例

フェルミオン（Fermion）。

例：クォーク（チャーム）、レプトン（電子）。

統計情報

フェルミオン フェルミオンの特性はフェルミ・ディラック統計で記述される。

ボソン: ボゾンの性質はボーズ-アインシュタイン統計で記述される。

素粒子の電荷

フェルミ粒子。

電子、ミューオン、タウは電荷を持つレプトンです。

しかし、そのニュートリノには電荷がない。

クォーク粒子は分数電荷を持つ。

ボソン。

素粒子のボゾンは電荷を持たない（Wボゾンを除く）。

複合核

フェルミオン。

核子は奇数個です。

Bosons: Examples include H⁰, Graviton, photon, gluon, Z, .