Fermion Definition in Physics

V časticovej fyzike a fermión je typ častice, ktorá dodržiava pravidlá štatistiky Fermi-Dirac, konkrétne Princíp vylúčenia Pauliho. Tieto fermiony majú tiež kvantová rotácia s obsahuje polovičné celé číslo, napríklad 1/2, -1/2, -3/2 atď. (Na porovnanie existujú aj iné typy častíc nazývané bozóny, ktoré majú celé číslo, napríklad 0, 1, -1, -2, 2 atď.)

Fermiony sa niekedy nazývajú častice hmoty, pretože sú to častice, ktoré tvoria väčšinu toho, čo v našom svete považujeme za fyzickú hmotu, vrátane protónov, neutrónov a elektrónov.

Fermiony boli prvýkrát predpovedané v roku 1925 fyzikom Wolfgangom Paulim, ktorý sa snažil prísť na to, ako vysvetliť atómovú štruktúru navrhnutú v roku 1922 Niels Bohr. Bohr použil experimentálne dôkazy na vytvorenie atómového modelu, ktorý obsahoval elektrónové náboje, čím vytvoril stabilné dráhy pre elektróny pohybujúce sa okolo atómového jadra. Aj keď to dobre zodpovedalo dôkazom, neexistoval nijaký osobitný dôvod, prečo by táto štruktúra bola stabilná, a to je vysvetlenie, ktoré sa Pauli snažil dosiahnuť. Uvedomil si, že ak ste pridelili kvantové čísla (neskôr pomenované)

V roku 1926 sa Enrico Fermi a Paul Dirac nezávisle pokúsili pochopiť ďalšie aspekty zdanlivo protirečivé správanie elektrónov, a tým vytvorilo úplnejší štatistický spôsob zaobchádzanie s elektrónmi. Aj keď Fermi vyvinul systém ako prvý, boli dosť blízko a obaja urobili dosť práce, ako má potomstvo dabovali svoju štatistickú metódu štatistiku Fermi-Dirac, hoci samotné častice boli pomenované po Fermi sám.

Skutočnosť, že sa všetky fermiony nemôžu zhroutiť do jedného štátu - opäť, to je konečný význam zásady vylúčenia Pauliho - je veľmi dôležitá. Fermiony na slnku (a všetky ostatné hviezdy) sa zhlukujú pod silnou gravitačnou silou, ale nemôžu sa úplne zrútiť kvôli Pauliho vylúčeniu. Výsledkom je vznik tlaku, ktorý tlačí proti gravitačnému zrúteniu hmoty hviezdy. Je to tento tlak, ktorý vytvára slnečné teplo, ktoré poháňa nielen našu planétu, ale toľko energie vo zvyšku nášho vesmíru... vrátane samotnej tvorby ťažkých prvkov, ako je opísané v hviezdicová nukleosyntéza.

Experimentálne bolo identifikovaných celkom 12 základných fermionov - fermionov, ktoré nie sú tvorené menšími časticami. Rozdeľujú sa do dvoch kategórií:

• kvarky - Kvarky sú častice, ktoré tvoria hadróny, napríklad protóny a neutróny. Existuje 6 rôznych typov kvarkov:
  • • Hore Quark
  • Charm Quark
  • Top Quark
  • Down Quark
  • Divný kvark
  • Dolný kvark
• leptóny - Existuje 6 druhov leptónov:
  • • elektrón
  • elektrón neutríno
  • muon
  • Muon Neutrino
  • tau
  • Tau Neutrino

Okrem týchto častíc teória supersymetrie predpovedá, že každý bozón bude mať doteraz nedetegovanú fermionickú náprotivok. Pretože existujú 4 až 6 základných bozónov, naznačovalo by to, že ak je supersymetria pravdivá, existujú ďalšie 4 až 6 základné fermiony, ktoré ešte neboli odhalené, pravdepodobne preto, že sú veľmi nestabilné a rozpadli sa na iné formy.

Okrem základných fermionov sa môže vytvoriť ďalšia trieda fermionov kombináciou fermionov spolu (pravdepodobne spolu s bozónmi), aby sa získala výsledná častica s poločíselným spinom. Kvantové otočky sa sčítajú, takže niektorá základná matematika ukazuje, že akákoľvek častica, ktorá obsahuje nepárne Počet fermionov skončí s polovičným číselným spinom, a preto bude fermionom Samotný. Niektoré príklady zahŕňajú:

• baryons - Sú to častice ako protóny a neutróny, ktoré sa skladajú z troch kvarkov spojených dohromady. Pretože každý kvark má rotáciu napoly celé číslo, výsledný baryon bude mať vždy rotáciu napoly celé, bez ohľadu na to, ktoré tri typy kvarku sa spoja a vytvoria ho.
• Hélium-3 - Obsahuje 2 protóny a 1 neutrón v jadre, spolu s 2 elektrónmi, ktoré ho krúžia. Pretože existuje nepárny počet fermionov, výsledná rotácia je polovičnou hodnotou. To znamená, že hélium-3 je tiež zárodkom.

Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.