Fermiona definīcija fizikā

Daļiņu fizikā, a fermions ir daļiņu tips, kas ievēro Fermi-Dirac statistikas noteikumus, proti Pauli izslēgšanas princips. Šīm fermionēm ir arī a kvantu griešanās ar ir puse no vesela skaitļa vērtības, piemēram, 1/2, -1/2, -3/2 un tā tālāk. (Salīdzinājumam, ir arī citi daļiņu veidi, ko sauc par bozoni, kurām ir vesels skaitlis, piemēram, 0, 1, -1, -2, 2 utt.)

Fermionus dažreiz sauc par matērijas daļiņām, jo ​​tās ir daļiņas, kas veido lielāko daļu no tā, ko mēs domājam par fizisko vielu mūsu pasaulē, ieskaitot protonus, neitronus un elektronus.

Fermionus pirmo reizi paredzēja 1925. gadā fiziķis Volfgangs Pauli, kurš mēģināja izdomāt, kā izskaidrot 1922. gadā ierosināto atomu struktūru Nīls Bohrs. Bohrs izmantoja eksperimentālus pierādījumus, lai izveidotu atomu modeli, kurā būtu elektronu čaumalas, radot elektroniem stabilas orbītas, lai pārvietojas ap atoma kodolu. Lai arī tas labi saskanēja ar pierādījumiem, nebija īpaša iemesla, kāpēc šī struktūra būtu stabila, un tas ir izskaidrojums, kuru Pauli mēģināja sasniegt. Viņš saprata, ka, ja jūs piešķirsit kvantu numurus (vēlāk nosauktus

1926. gadā Enriko Fermi un Pols Diraks patstāvīgi mēģināja izprast citus šķietami pretrunīgu elektronu izturēšanos un, to darot, izveidoja pilnīgāku statistisko veidu kas nodarbojas ar elektroniem. Lai arī Fermi vispirms izstrādāja sistēmu, viņi bija pietiekami tuvu un abi veica pietiekami daudz darba, kāds ir nākamajām paaudzēm to statistisko metodi nodēvēja par Fermi-Dirac statistiku, kaut arī pašas daļiņas tika nosauktas Fermi vārdā pats.

Ļoti svarīgi ir tas, ka visi fermioni nevar sabrukt vienā stāvoklī - atkal tāda ir Paulu izslēgšanas principa galvenā nozīme. Fermioni, kas atrodas saulē (un visas citas zvaigznes), sabrūk kopā intensīva gravitācijas spēka ietekmē, taču Pauli izslēgšanas principa dēļ tie nevar pilnībā sabrukt. Tā rezultātā rodas spiediens, kas spiež pret zvaigznes vielas gravitācijas sabrukumu. Tieši šis spiediens rada saules siltumu, kas uzkurina ne tikai mūsu planētu, bet tik daudz enerģijas pārējā mūsu Visumā... ieskaitot smago elementu veidošanos, kā aprakstījis zvaigžņu nukleosintēze.

Kopumā ir eksperimentāli identificēti 12 pamata fermioni - fermioni, kas nav veidoti no mazākām daļiņām. Tos iedala divās kategorijās:

• Kvarki - Kvarki ir daļiņas, kas veido hadronus, piemēram, protoni un neitroni. Ir 6 atšķirīgi kvarku veidi:
  • • Up Quark
  • Charm Quark
  • Augstākā biezpiena
  • Leju biezpiena
  • Dīvainā biezpiena
  • Apakšā biezpiena
• Leptoni - Pastāv 6 leptonu veidi:
  • • Elektrons
  • Elektrons Neitrino
  • Mēons
  • Muons Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Papildus šīm daļiņām supersimetrijas teorija paredz, ka katram bozonam būs līdz šim neatklāts fermioniskais līdzinieks. Tā kā ir 4–6 fundamentālie bozoni, tas liek domāt, ka - ja supersimetrija ir patiesa - ir vēl 4–6 pamatafermijas, kas vēl nav atklātas, domājams, tāpēc, ka tās ir ļoti nestabilas un ir sadalījušās citās formas.

Ārpus pamatfermioniem var izveidot vēl vienu fermionu klasi, apvienojot fermionus kopā (iespējams, kopā ar bozoniem), lai iegūtu iegūto daļiņu ar veselu veselu spinīti. Kvantu griezieni saskaita, tāpēc daži matemātikas pamatnoteikumi parāda, ka jebkura daļiņa, kurā ir nepāra skaitlis skaits fermionu galu galā iegūs ar veselu skaitli, kura sastāvs ir vesels, un tāpēc tas būs fermions pati. Daži piemēri:

• Baroni - Tās ir daļiņas, piemēram, protoni un neitroni, kuras sastāv no trim kopā savienotiem kvarkiem. Tā kā katram korķim ir vesels skaitlis ar veselu skaitli, iegūtajam baronam vienmēr būs puse ar veseli skaitli, neatkarīgi no tā, kuri trīs kvarka veidi savienojas, lai to izveidotu.
• Hēlijs-3 - Kodolā ir 2 protoni un 1 neitrons kopā ar 2 elektroniem, kas to riņķo. Tā kā ir nepāra skaits fermiju, iegūtais griešanās lielums ir puse no vesela skaitļa. Tas nozīmē, ka hēlijs-3 ir arī fermions.

Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.