Aunque un núcleo de helio es un bosón, las partículas en su interior, protones y neutrones, son esencialmente fermiones. ¿Cómo puede el núcleo formado por fermiones ser un bosón?

Es un poco más complicado de lo que te voy a decir ahora, pero puedes verlo así:

Los fermiones tienen giros de medio entero. En el caso de un helio tenemos:
2 Neutrones: ambos tienen spin [matemática] \ frac {1} {2} [/ matemática]
2 protones: ambos tienen giro [matemática] \ frac {1} {2} [/ matemática]
2 electrones: ambos tienen spin [matemática] \ frac {1} {2} [/ matemática]

Sabemos que los Fermiones obedecen el principio de exclusión de Pauli, es decir. dos fermiones (del mismo tipo) no pueden estar en el mismo estado.
Eso significa que los giros de los electrones deben ser opuestos. Entonces un electrón ha girado, el otro ha girado hacia abajo. Dado que contamos el giro hacia abajo con un signo diferente que el giro hacia arriba, esto totaliza como cero.
Lo mismo para los protones y los neutrones.

Ahora, permítanme decir que esto es solo física de ondas manuales, este argumento se metería en problemas cuando consideren moléculas formadas a partir de 3 o más fermiones de la misma especie, todavía obedecerían el principio de exclusión de Pauli, y por el argumento de ondas manuales anterior, dos tendrían el mismo estado. (Resulta que ‘estado’ significa más que solo la dirección de giro).

Será aún peor si busca partículas que no tienen spin 0. Entonces tendrá que tener en cuenta los coeficientes Clebsch-Gordan al sumar las partículas internas. Es un cálculo bastante molesto, confía en mí.

Entonces, aunque la matemática exacta detrás de esto es más compleja de lo que acabo de mostrar, la esencia permanece: el giro de una partícula está relacionado con una suma de los giros de la partícula interna. Como resultado, cualquier combinación uniforme de fermiones formará un bosón, y una combinación extraña producirá un fermión.