Mostrar Todas las 26 Distribuciones Posibles

¿De cuantas maneras se pueden distribuir 9 unidades de energía, entre 6 fermiones idénticos e indistinguibles?

Las tres distribuciones de partículas de la izquierda tienen cada una la misma energía, el mismo tipo de partículas, y el mismo número de partículas. Si las partículas fueran partículas distinguibles y estuvieran descritas por la estadística de Maxwell-Boltzmann, entonces la distribución de la derecha tendrían 30 veces más probabilidades que la de la izquierda, porque hay 30 maneras distinguibles de producirlas. Pero si son bosones indistinguibles, los tres estados son igualmente probables, y dan una ponderación estadística de 1. Esto significa que en lugar de 2002 microestados distinguibles derivados de 26 macroestados, sólo habría 26 estados.

La evaluación de la ocupación promedio de cada estado de energía, es mucho más simple que en el ejemplo de Maxwell-Boltzmann puesto que cada macroestado tiene un peso de 1. La ocupación promedio es justo la suma de los números de partículas en un estado de energía dado sobre todas las 26 distribuciones, dividido por 26.

Evaluar el Promedio de Cada Estado de EnergíaComparar con el Ejemplo de Maxwell-Boltzmann
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Cap. 11
 
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La Distribución Promedio de 9 Unidades de Energía entre 6 Partículas Idénticas

Nivel de
energía
Número
promedio
Maxwell-
Boltzmann
Número
promedio
Bose-
Einstein
0
2,143
2,269
1
1,484
1,538
2
0,989
0,885
3
0,629
0,538
4
0,378
0,269
5
0,210
0,192
6
0,105
0,115
7
0,045
0,077
8
0,015
0,038
9
0,003
0,038

Hay 26 distribuciones posibles de 9 unidades de energía entre 6 partículas, y si estas partículas son indistinguibles y descritas por las estadísticas de Bose-Einstein, todas las distribuciones tienen la misma probabilidad. Para obtener una función de distribución del número de partículas como función de la energía, se debe tener en cuenta la población media de cada estado de energía. A la izquierda se muestra el promedio para cada uno de los 9 estados, en comparación con el resultado obtenido por la estadística de Maxwell-Boltzmann.

Los estados de baja energía son más probables con las estadísticas de Bose-Einstein que con la estadística de Maxwell-Boltzmann. Mientras que el exceso no es destacable en este ejemplo de un pequeño número de partículas, se hace muy espectacular con números grandes y bajas temperaturas. A temperaturas muy bajas, los bosones se puede "condensar" en el estado de menor energía. El fenómeno llamado condensación de Bose-Einstein, se observa con el helio líquido, y es el responsable de su notable comportamiento.

Comparar con el Ejemplo de Fermi-DiracComparar con el Ejemplo de Maxwell-Boltzmann
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