解析玻色子与费米子之深层本质
胡 良
摘要：玻色子是自旋为整数的粒子，只能取不连续的量子态，其本征波函数对称；在玻色子的某一个能级上，允许多个玻色子占有同一种状态，可容纳无限个粒子。费米子是自旋为半整数的粒子，其本征波函数反对称，在费米子的某一个能级上，只能容纳一个粒子。
关键词：玻色子，费米子，光子，辐射，量子场论，引力场
作者：总工，高工，硕士
The difference between boson and fermion
Hu Liang
Abstract：
The energy constant (Hu) is the smallest energy unit,Hu = h * C=Vp*C^(3), which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C) and Planck's constant (h).
1玻色子的内涵
玻色子是自旋为整数的粒子，只能取不连续的量子态，其本征波函数对称；在玻色子的某一个能级上，允许多个玻色子占有同一种状态，可容纳无限个粒子。
根据量子场论，粒子之间基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的；换句话说，基本相互作用都是由媒介粒子传递的，这类媒介粒子统称规范玻色子。
玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可发生玻色-爱因斯坦凝聚。由偶数个核子组成的原子核。因为质子和中子都是费米子，故含偶数个核子的原子核是自旋为整数的玻色子。
光子是玻色子，根据玻色-爱因斯坦统计法，可将电磁辐射作为光子气体来描述，而无需再利用辐射的波动性，就能够预言黑体辐射性质。
波粒二象性认为，光子（或电子等实体）既能用波也能用粒子来描述。玻色子是量子理论中负责传递力的粒子。比如，电磁力可以描述为两个带电粒子，例如一个电子及一个质子之间交换光子。
玻色子的关键特性是它的自旋。所有玻色子的自旋要么是零要么是整数。
玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。由全同玻色子组成的孤立系统，符合玻色－爱因斯坦统计，遵从玻色-爱因斯坦统计的微观粒子。
玻色子的自旋为整数，例如光子等。由玻色子或偶数个费米子组成的复合粒子的自旋也是整数，因而它们也是玻色子。
费米子是构成实物的粒子及传递作用力的粒子。在量子世界里，所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。
粒子自旋，这四种属性当中，自旋的属性是最重要的，根据自旋倍数的不同，基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子，有半整数自旋；而玻色子是像光子一样的粒子，有整数自旋。
这种自旋差异使费米子及玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。
基本粒子中所有的物质粒子都是费米子，是构成物质的原材料；而传递作用力的粒子都是玻色子。
粒子可分成两大类：一类是费米子，另一类是玻色子。区分这两类粒子的重要特征是自旋。
自旋是粒子的一种与其角动量（半径与动量的乘积）相联系的固有性质。量子的自旋是量子化的，只能取普朗克常数的整数倍（玻色子，如光子等）或半整数倍（费米子，如电子、质子等）。
费米子和玻色子遵循完全不同的统计规律。前者遵循的费米-狄拉克统计，其中一个显著和特点，泡利不相容原理就是在一个费米子系统中，绝不可能存在两个或两个以上在电荷、动量和自旋朝向等方面完全相同的费米子。而玻色子则完全不同，一个量子态可以容纳无穷多个玻色子。
光子就是玻色子，其表达式为：体现为光子波动性属性。
等价于： 体现为光子粒子性属性。
等价于：体现为光子波粒中间态属性（部分波动属性及部分粒子属性）。
可见，光子具有三种状态：光子波动性属性，光子粒子性属性，光子波粒中间态属性（部分波动属性及部分粒子属性）。
光子波粒中间态是光子的波动性属性过渡到光子粒子性属性的中间状态。
2费米子的内涵
费米子是自旋为半整数的粒子，其本征波函数反对称，在费米子的某一个能级上，只能容纳一个粒子。
费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。
电子是费米子，其表达式为。
质子类型是费米子，其表达式为。
中子是费米子，其表达式为。
3物质的状态
物质具有六态，气态、液态、固态、等离子体态、玻色-爱因斯坦凝聚态及费米子凝聚态。
气态的物质，其分子与分子之间距离很远。
液态的物质，其分子相互之间靠得很近，而其密度比气态大得多。
固态的物质，其构成元素是以原子（或离子）状态存在，原子（或离子）相互之间紧挨在一起。
等离子体态物质，被激发的电离气体，在达到一定电离度之后，处于导电状态。电离气体中的每一个带电粒子运动都会影响到其周围带电粒子，并同时也受到其他带电粒子约束。但，由于电离气体内，其正负电荷数相等。
4玻色-爱因斯坦凝聚态与费米子凝聚态
玻色-爱因斯坦凝聚态物质，表达原来不同状态的原子突然凝聚到同一状态。玻色-爱因斯坦凝聚态物质，是由成千上万个具有单一量子态的超冷粒子集合，其行体现为一个超级大原子，由玻色子构成。可见，玻色-爱因斯坦凝聚态物质由玻色子构成。处于玻色-爱因斯坦凝聚态的大量原子行为跟单个粒子一样；其表达原来不同状态的原子突然凝聚到同一状态。通常，要达到该状态，一方面需要物质达到极低的温度，而另一方面还要求原子体系处于气态。
费米子凝聚态物质，由于，任何两个费米子都不能拥有相同量子态，因此费米子不能像玻色子那样直接形成玻色-爱因斯坦凝聚态。只能将费米子成对转变成玻色子；使费米子具有玻色子属性，从而让气体突然冷凝至玻色-爱因斯坦凝聚态。
费米子凝聚态及与玻色-爱因斯坦凝聚态都是物质在量子状态下的形态。可见，费米子凝聚态物质采用的是费米子；当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态。
将两个费米子结合在一起成为具有玻色子性质的费米子对；其组合的费米子虽然不是玻色子，但其具有玻色子的一些性质（该组合粒子也是整数自旋）；但从根本上的统计角度来看，是不同的。
玻色子凝聚体现为所有粒子的波函数完全相同；而费米子凝聚是说，只是体现为费米子对的两个费米子总的动量相同, 所以费米子凝聚是总动量的凝聚。
换句话说，费米子对可以形成束缚态，类似一个复合粒子（例如，原子就是一种复合粒子），而这个复合粒子的属性体现为一个玻色子。可见，费米子对凝聚态，从本质上来看，就是玻色-爱因斯坦凝聚态。
玻色-爱因斯坦凝聚态指大量全同的某类玻色子凝聚到完全相同的同一种量子状态（这些玻色子各种物理属性都完全相同）；其与普通物态最大的不同之处是普通物态的组成粒子的状态是各不相同的。
可见，玻色-爱因斯坦凝聚态与普通气态（或固态），具有有相似之处，又有不同之处。例如，组成粒子不同，气体（或固体）是分子（或原子）构成的；而玻色-爱因斯坦凝聚态构成粒子，除了整数自旋的分子（或原子）以外，还可以由任何其他玻色子凝聚而成；例如，光子处于玻色-爱因斯坦凝聚态时，体现为激光。
构成气体（或固体）的分子（或原子）之间的分子力（或化学键）是决定气体（或固体）性质核心因素；而。决定玻色-爱因斯坦凝聚态性质的核心因素是量子效应（一种态叠加）。
5玻色子及费米子之间相互作用
任何一个孤立体系具有内禀的一维空间速度，内禀的三维空间速度；或者说，任何一个孤立体系具有内禀的一维信号速度，内禀的三维信号速度。而，最大的一维信号速度是真空中的光速；最大的三维信号速度是真空中的三维光速。
孤立体系之间通过场来联系，体现为超距。
例如，强核力，本质上是中子与质子之间的力。对于一个中子与质子来说，相互之间的距离用L表达；万有引力常数用G表达。
则强核力可表达为。
万有引力，库仑力，强核力，体现为超距；适合于用力来描述。而电磁力，弱核力与信号速度有关；适合于用动量来描述。