В химии и физике обменное взаимодействие ( с обменной энергией и обменным членом ) — это квантово-механический эффект, возникающий только между идентичными частицами . Несмотря на то, что ее иногда называют обменной силой по аналогии с классической силой , она не является истинной силой, поскольку у нее отсутствует носитель силы .
Эффект обусловлен тем, что волновая функция неразличимых частиц подвержена обменной симметрии , то есть либо остается неизменной (симметричная), либо меняет знак (антисимметричная) при обмене двумя частицами. И бозоны , и фермионы могут испытывать обменное взаимодействие. Для фермионов это взаимодействие иногда называют отталкиванием Паули и связано с принципом запрета Паули . Для бозонов обменное взаимодействие принимает форму эффективного притяжения, которое заставляет идентичные частицы сближаться, как в конденсации Бозе-Эйнштейна .
Обменное взаимодействие изменяет среднее значение расстояния, когда волновые функции двух или более неразличимых частиц перекрываются. Это взаимодействие увеличивает (для фермионов) или уменьшает (для бозонов) среднее значение расстояния между идентичными частицами (по сравнению с различимыми частицами). [1] Среди прочих следствий обменное взаимодействие ответственно за ферромагнетизм и объем материи. Не имеет классического аналога.
Эффекты обменного взаимодействия были открыты независимо друг от друга физиками Вернером Гейзенбергом [2] и Полем Дираком [3] в 1926 году.
Обменное взаимодействие иногда называют обменной силой . Однако это не настоящая сила, и ее не следует путать с обменными силами , возникающими при обмене носителями силы , такими как электромагнитная сила, возникающая между двумя электронами при обмене фотоном , или сильное взаимодействие между двумя кварками , создаваемое обмен глюона . [4]
Хотя обменное взаимодействие иногда ошибочно называют силой , оно представляет собой чисто квантово-механический эффект, в отличие от других сил.