Partikkelfordelingen

Partikkelfordelingen henviser generelt til den statistiske beskrivelse av hvordan partikler (f.eks. atomer, molekyler eller elementære partikler) fordeles innenfor et gitt system. Den gir informasjon om sannsynligheten for å finne en partikkel i et bestemt tilstand eller område i rom og tid og er en grunnleggende verktøy innen både klassisk og kvantemekanisk fysikk, samt statistisk mekanikk og partikkelfysikk.

I klassisk mekanikk brukes partikkelfordelingen ofte i gestaltformen av Maxwell‑Boltzmann‑fordelingen, som beskriver hastighetsfordelingen til partikler i en ideal gass ved termisk likevekt. Her er sannsynlighetsdensiteten avhengig av temperaturen og molekylvekten. I kvantemekanisk statistikk er det to hovedtyper av partikkelfordelinger. Fermi‑Dirac‑fordelingen gjelder for fermioner, partikler som følger Pauli‑utelukkelsesignalet og har halvheltalls spin; den begrenser at to partikler ikke kan være i samme kvantetilstand. Bose‑Einstein‑fordelingen gjelder for bosoner, partikler med heltallig spin; den tillater flere partikler i samme tilstand og er grunnlaget for fenomenet likevekts kondensasjon og lasere.

I partikkelfysikkeksperimenter er partikkelfordelingen også brukt til å beskrive hvordan sannsynligheten for å oppdage spesifikke partikler varierer med energi og kollisjonsparametere. Eksempler inkluderer den energifordelte av frittstående fotoner i alfapsok, samt strålesporing i høyenergi‑detektorer.

Studier av partikkelfordelinger gir innsikt i termodynamiske egenskaper, transportprosesser, og i forholdet mellom mikroskopiske og makroskopiske beskrivelser. Derfor er de sentrale i både teoretisk og eksperimentell forskning innen fysikk, kjemi og materialvitenskap.