Fermion Definition in Physics

V částicové fyzice, fermion je typ částice, která dodržuje pravidla statistiky Fermi-Dirac, jmenovitě Princip vyloučení Pauliho. Tyto fermiony mají také kvantová rotace s obsahuje poloviční celé číslo, například 1/2, -1/2, -3/2 atd. (Pro srovnání existují i ​​jiné typy částic, které se nazývají bosony, které mají celé číslo, například 0, 1, -1, -2, 2 atd.)

Fermiony se někdy nazývají částice hmoty, protože to jsou částice, které tvoří většinu toho, co v našem světě považujeme za fyzickou hmotu, včetně protonů, neutronů a elektronů.

Fermiony poprvé předpověděl v roce 1925 fyzik Wolfgang Pauli, který se pokoušel přijít na to, jak vysvětlit atomovou strukturu navrženou v roce 1922 Niels Bohr. Bohr použil experimentální důkazy k vytvoření atomového modelu, který obsahoval elektronové náboje, a vytvořil stabilní oběžné dráhy pro elektrony pohybující se kolem atomového jádra. Přestože to dobře odpovídalo důkazům, neexistoval žádný zvláštní důvod, proč by tato struktura byla stabilní, a to je vysvětlení, které se Pauli snažil dosáhnout. Uvědomil si, že pokud jste přidělili kvantová čísla (později pojmenovaná

V roce 1926 se Enrico Fermi a Paul Dirac samostatně pokusili porozumět dalším aspektům zdánlivě protichůdné chování elektronů a tím vytvořilo úplnější statistický způsob obchodování s elektrony. Přestože Fermi vyvinul systém jako první, byli dost blízko a oba odvedli dost práce, kterou má potomstvo dabovali svou statistickou metodu statistikami Fermi-Dirac, i když samotné částice byly pojmenovány po Fermi sám.

Skutečnost, že se všechny fermiony nemohou zhroutit do stejného stavu - opět, to je konečný význam principu Pauliho vyloučení - je velmi důležitá. Fermiony na slunci (a všechny ostatní hvězdy) se zhroutí společně pod intenzivní gravitační silou, ale nemohou se úplně zhroutit kvůli principu Pauliho vyloučení. Výsledkem je vznik tlaku, který tlačí proti gravitačnímu zhroucení hmoty hvězdy. Je to tento tlak, který generuje sluneční teplo, které pohání nejen naši planetu, ale tolik energie ve zbytku našeho vesmíru... včetně samotné tvorby těžkých prvků, jak je popsáno v hvězdná nukleosyntéza.

Existuje celkem 12 základních fermionů - fermionů, které nejsou tvořeny menšími částicemi - které byly experimentálně identifikovány. Rozdělují se do dvou kategorií:

• Quarks - Kvarky jsou částice, které tvoří hadrony, jako jsou protony a neutrony. Existuje 6 různých typů kvarků:
  • • Nahoru Quark
  • Charm Quark
  • Top Quark
  • Down Quark
  • Podivný Quark
  • Dolní kvark
• Leptons - Existuje 6 druhů leptonů:
  • • Elektron
  • Elektron Neutrino
  • Muon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Kromě těchto částic, teorie supersymetrie předpovídá, že každý boson bude mít dosud nedetekovanou fermionickou protějšku. Protože existují 4 až 6 základních bosonů, naznačovalo by to, že - pokud je supersymetrie pravdivá - existují další 4 až 6 základní fermiony, které dosud nebyly odhaleny, pravděpodobně proto, že jsou vysoce nestabilní a rozpadly se na jiné formuláře.

Kromě základních fermionů může být vytvořena další třída fermionů kombinací fermionů dohromady (možná společně s bosony), aby se získala výsledná částice s poločíselným rotací. Kvantová otočení se sčítají, takže některá základní matematika ukazuje, že každá částice, která obsahuje liché počet fermionů skončí půlčíselnou rotací, a proto bude fermionem sám. Mezi příklady patří:

• Baryoni - Jedná se o částice, jako protony a neutrony, které se skládají ze tří kvarků spojených dohromady. Protože každý kvark má rotaci napůl celé číslo, výsledný baryon bude mít vždy rotaci napůl celé, bez ohledu na to, které tři typy kvarku se spojí a vytvoří jej.
• Hélium-3 - Obsahuje 2 protony a 1 neutron v jádru, spolu s 2 elektrony kroužícími kolem. Protože existuje lichý počet fermionů, výsledná rotace je poloviční celé číslo. To znamená, že hélium-3 je také fermion.

Editoval Anne Marie Helmenstine, Ph. D.