بيت » Quantum Statistics

Quantum Statistics

1926
  • Satyendra Nath Bose
  • Albert Einstein
  • Enrico Fermi
  • Paul Dirac

Quantum statistics modifies classical statistical mechanics to account for the indistinguishability of identical particles. It splits into two types: Fermi-Dirac statistics for fermions (half-integer spin particles like electrons), which obey the Pauli exclusion principle, and Bose-Einstein statistics for bosons (integer spin particles like photons), which can occupy the same quantum state. This distinction is crucial at low temperatures and high densities.

Classical Maxwell-Boltzmann statistics assumes that particles in a system are distinguishable, meaning one could, in principle, label and track each one. However, quantum الميكانيكا revealed that identical particles are fundamentally indistinguishable. This leads to profound changes in how microstates are counted. For bosons, multiple particles can occupy a single energy state, leading to an enhanced probability of collective behavior. The average occupation number of a state with energy [latex]\epsilon_i[/latex] is given by the Bose-Einstein distribution: [latex]\langle n_i \rangle_{BE} = \frac{1}{e^{(\epsilon_i – \mu)/k_B T} – 1}[/latex]. This can lead to a macroscopic number of particles collapsing into the ground state at low temperatures, forming a Bose-Einstein condensate.

For fermions, the Pauli exclusion principle forbids any two identical particles from occupying the same quantum state. This ‘repulsive’ statistical effect gives rise to the structure of atoms and the stability of matter. The average occupation number is given by the Fermi-Dirac distribution: [latex]\langle n_i \rangle_{FD} = \frac{1}{e^{(\epsilon_i – \mu)/k_B T} + 1}[/latex]. This function is always less than or equal to 1. At absolute zero, fermions fill up all available energy levels up to a maximum energy called the Fermi energy. This creates a ‘Fermi sea’ and is responsible for the pressure that supports white dwarf stars against gravitational collapse. At high temperatures, both quantum distributions converge to the classical Maxwell-Boltzmann distribution.

UNESCO Nomenclature: 2211
– Thermodynamics

النوع

Abstract System

Disruption

Revolutionary

الاستخدام

Widespread Use

Precursors

  • Planck’s law of black-body radiation, which implicitly treated photons as bosons
  • The Pauli exclusion principle, which is the foundation of Fermi-Dirac statistics
  • De Broglie’s hypothesis of wave-particle duality
  • Classical Maxwell-Boltzmann statistical mechanics

التطبيقات

  • semiconductor physics and the operation of transistors
  • superconductivity and superfluidity
  • the theory of white dwarf and neutron stars
  • the operation of lasers (based on properties of bosons)
  • bose-einstein condensates

براءات الاختراع:

NA

Potential Innovations Ideas

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
Related to: quantum statistics, Fermi-Dirac, Bose-Einstein, fermions, bosons, Pauli exclusion principle, Bose-Einstein condensate, quantum mechanics

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مدير مشروع أو بحث وتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم حسب التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

Historical Context

(if date is unknown or not relevant, e.g. "fluid mechanics", a rounded estimation of its notable emergence is provided)

Related Invention, Innovation & Technical Principles

انتقل إلى الأعلى

قد يعجبك أيضاً