تويت
في عالم ما حيث تكون نسبية اينشتاين صحيحة, فان للفضاء ثلاثة ابعاد ويوجد هنالك ميكانيكا الكم, لذا فان جميع الجسيمات اما تكون فيرميونات fermions ( نسبة للفيزيائي الايطالي انريكو فيرمي Enrico Fermi ) او بوزونات bosons (نسبة للفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز Satyendra Nath Bose ). قبل الغوص في تفاصيل كل منهما علينا ان نتعرف على مفهوم الدوران المغزلي او كما يدعى الغزل Spin وهي صفة متجذرة بجميع اصناف الجسيمات, حيث يمكن وصفها بدوران الارض حول نفسها لكنه ليس بالوصف الدقيق لان الكواركات Quarks والليبتونات Leptons في الحقيقة ليس لها مواقع ثابتة لذلك لا يمكن القول انه دوران الجسيم حول نفسه لكنه يشبه ذلك الى حد ما. وعلى هذا الاساس يمكن تعريف الفيرميونات بانها الجسيمات التي يكون دورانها المغزلي مساوياً لنصف العدد الصحيح Half-Integral Spin مثلا (1/2, 3/2, 5/2) وهكذا. اما البوزونات هي الجسيمات التي يكون دورانها المغزلي عدد صحيح Integral Spin مثلا (0, 1, 2) وهكذا.
الفيرميونات والبوزونات تظهر خواص مختلفة تماماً, حيث تخضع الفيرميونات لاحصاء فيرمي داريك Fermi–Dirac statistics وتخضع ايضاً لمبدأ استبعاد باولي Pauli exclusion principle الذي ينص على انه لا يمكن لاثنين من الفيرميونات ان يكونا في نفس الموقع بالضبط اي يحتلا نفس الحالة الكمومية quantum state, فعلى سبيل المثال، لا يمكن لإلكترونين في ذرة واحدة أن يكون لهم نفس أعداد الكم الأربعة؛ فإذا كان n، وℓ، وmℓ متشابهين بين إلكترونين أو أكثر، فإن ms يجب أن يكون مختلفاً بمعنى أن كل واحد منهم يدور باتجاه معاكس للآخر.لهذا السبب لا يمكننا النفاذ خلال الاشياء لان الالكترونات والبروتونات المكونة لاجسامنا تخضع لمبدأ استبعاد باولي.
بينما البوزونات تخضع لاحصاء بوز-اينشتاين Bose-Einstein Statistics حيث يمكن لجميع الجسيمات ان تكون في نفس الموقع اي ان هذه الجسيمات قادرة على شغل نفس الحالة الكمومية لنظام منها, لهذا السبب ان البوزونات كفوتونات الضوء مثلا لا تشغل الفراغ بحيث لا يمكن لاحد ان يصطدم بفوتونات الضوء وانما يمر من خلالها على عكس الفيرميونات التي تشغل الفراغ.
وفقا لهذه الخاصية يعمل الليزر, في الواقع ان الليزر هو الة لجعل اعداد كبيرة من الفوتونات تشغل نفس الحالة الكمومية واعطاء الضوء الساطع جدا مع توجيه دقيق. لا يمكن صنع ليزر من الفيرميونات لان لكل جسيم حالة كمومية خاصة به وأبسط مثال على الفيرميونات هو الالكترون, حيث تحتل الالكترونات مدارات مختلفة في اي ذرة وتدور في اغلفة مختلفة حول النواة. لو كانت الالكترونات خاضعة لفيزيائية البوزونات سيكون من الصعب ادراك الكيمياء التي نألفها وستكون هنالك عواقب وخيمة على عناصر الجدول الدوري.
ما يميز البوزونات ايضا انها تكون تكاثف بوز- أينشتاين Bose-Einstein condensate عند درجات الحرارة المنخفضة, هي ظاهرة تنبأ بها كل من ساتيندرا ناث بوز سنة 1924 وألبرت أينشتاين بين عامي 1924 و1925، وتم اثباتها مختبرياً سنة 1995 أي بعد 70 عاما من التكهن بوجود هذه الظاهرة. فعند درجات الحرارة المنخفضة وتدني الحركة الحرارية إلى مستويات سفلى فإن مجموعات كبرى من البوزونات تميل إلى احتلال نفس الحالة الكمومية.
الفيرميونات والبوزونات تظهر خواص مختلفة تماماً, حيث تخضع الفيرميونات لاحصاء فيرمي داريك Fermi–Dirac statistics وتخضع ايضاً لمبدأ استبعاد باولي Pauli exclusion principle الذي ينص على انه لا يمكن لاثنين من الفيرميونات ان يكونا في نفس الموقع بالضبط اي يحتلا نفس الحالة الكمومية quantum state, فعلى سبيل المثال، لا يمكن لإلكترونين في ذرة واحدة أن يكون لهم نفس أعداد الكم الأربعة؛ فإذا كان n، وℓ، وmℓ متشابهين بين إلكترونين أو أكثر، فإن ms يجب أن يكون مختلفاً بمعنى أن كل واحد منهم يدور باتجاه معاكس للآخر.لهذا السبب لا يمكننا النفاذ خلال الاشياء لان الالكترونات والبروتونات المكونة لاجسامنا تخضع لمبدأ استبعاد باولي.
بينما البوزونات تخضع لاحصاء بوز-اينشتاين Bose-Einstein Statistics حيث يمكن لجميع الجسيمات ان تكون في نفس الموقع اي ان هذه الجسيمات قادرة على شغل نفس الحالة الكمومية لنظام منها, لهذا السبب ان البوزونات كفوتونات الضوء مثلا لا تشغل الفراغ بحيث لا يمكن لاحد ان يصطدم بفوتونات الضوء وانما يمر من خلالها على عكس الفيرميونات التي تشغل الفراغ.
وفقا لهذه الخاصية يعمل الليزر, في الواقع ان الليزر هو الة لجعل اعداد كبيرة من الفوتونات تشغل نفس الحالة الكمومية واعطاء الضوء الساطع جدا مع توجيه دقيق. لا يمكن صنع ليزر من الفيرميونات لان لكل جسيم حالة كمومية خاصة به وأبسط مثال على الفيرميونات هو الالكترون, حيث تحتل الالكترونات مدارات مختلفة في اي ذرة وتدور في اغلفة مختلفة حول النواة. لو كانت الالكترونات خاضعة لفيزيائية البوزونات سيكون من الصعب ادراك الكيمياء التي نألفها وستكون هنالك عواقب وخيمة على عناصر الجدول الدوري.
ما يميز البوزونات ايضا انها تكون تكاثف بوز- أينشتاين Bose-Einstein condensate عند درجات الحرارة المنخفضة, هي ظاهرة تنبأ بها كل من ساتيندرا ناث بوز سنة 1924 وألبرت أينشتاين بين عامي 1924 و1925، وتم اثباتها مختبرياً سنة 1995 أي بعد 70 عاما من التكهن بوجود هذه الظاهرة. فعند درجات الحرارة المنخفضة وتدني الحركة الحرارية إلى مستويات سفلى فإن مجموعات كبرى من البوزونات تميل إلى احتلال نفس الحالة الكمومية.