En química y física , la interacción de intercambio (con una energía de intercambio y un término de intercambio ) es un efecto mecánico cuántico que solo ocurre entre partículas idénticas . A pesar de que a veces se le llama fuerza de intercambio en una analogía con la fuerza clásica , no es una verdadera fuerza ya que carece de un portador de fuerza .
El efecto se debe a que la función de onda de las partículas indistinguibles está sujeta a la simetría de intercambio , es decir, permanece sin cambios (simétrica) o cambia de signo (antisimétrica) cuando se intercambian dos partículas. Tanto los bosones como los fermiones pueden experimentar la interacción de intercambio. Para los fermiones, esta interacción a veces se denomina repulsión de Pauli y está relacionada con el principio de exclusión de Pauli . Para los bosones, la interacción de intercambio toma la forma de una atracción efectiva que hace que las partículas idénticas se encuentren más juntas, como en la condensación de Bose-Einstein .
La interacción de intercambio altera el valor esperado de la distancia cuando las funciones de onda de dos o más partículas indistinguibles se superponen. Esta interacción aumenta (para fermiones) o disminuye (para bosones) el valor esperado de la distancia entre partículas idénticas (en comparación con partículas distinguibles). [1] Entre otras consecuencias, la interacción de intercambio es responsable del ferromagnetismo y el volumen de la materia. No tiene un análogo clásico .
Los efectos de interacción de intercambio fueron descubiertos de forma independiente por los físicos Werner Heisenberg [2] y Paul Dirac [3] en 1926.
La interacción de intercambio a veces se denomina fuerza de intercambio . Sin embargo, no es una fuerza verdadera y no debe confundirse con las fuerzas de intercambio producidas por el intercambio de portadores de fuerza , como la fuerza electromagnética producida entre dos electrones por el intercambio de un fotón , o la fuerza fuerte entre dos quarks producida por el intercambio de un gluón . [4]
Aunque a veces se describe erróneamente como una fuerza , la interacción de intercambio es un efecto puramente mecánico cuántico a diferencia de otras fuerzas.