Gut zu wissen: Bosonen und Fermionen

Sämtliche Teilchen lassen sich in Fermionen und Bosonen einteilen. Zu welcher Klasse ein Teilchen gehört, hängt von einer Quantenzahl ab: dem Eigendrehimpuls (Spin). Fermionen haben einen halbzahligen Spin, also 1/2, 3/2 … Zu ihnen gehören die Atombausteine Elektron, Proton und Neutron sowie alle Atome mit einer ungeraden Zahl an Neutronen. Bosonen sind Teilchen mit ganzzahligem Spin: Photonen, Mesonen sowie Atome mit gerader Neutronenzahl. So ist Helium-4 mit zwei Neutronen ein Boson, Helium-3 mit einem Neutron ein Fermion. Bei Raumtemperatur unterscheiden sich bosonische und fermionische Gase nicht: Die Teilchen sind über alle verfügbaren Zustände gleichmäßig verteilt. Bei sehr tiefen Temperaturen ist das anders: Bosonen können sich dann in großer Zahl im gleichen Quantenzustand ansammeln und ein Kondensat bilden. Fermionen hingegen sind Einzelgänger: Nur jeweils ein Teilchen darf sich in einem bestimmten Quantenzustand aufhalten (Paulis Ausschließungsprinzip). Die verfügbaren Energiezustände füllen sich also nacheinander auf und bilden keinen makroskopisch besetzten Quantenzustand.