Определение Фермиона в физике

В физике элементарных частиц, фермион это тип частиц, который подчиняется правилам статистики Ферми-Дирака, а именно Принцип исключения Паули. Эти фермионы также имеют квантовый спин with содержит половинное целое значение, например 1/2, -1/2, -3/2 и т. д. (Для сравнения есть и другие типы частиц, называемые бозонов, которые имеют целочисленное вращение, например 0, 1, -1, -2, 2 и т. д.)

Фермионы иногда называют частицами материи, потому что они представляют собой частицы, составляющие большую часть того, что мы считаем физической материей в нашем мире, включая протоны, нейтроны и электроны.

Фермионы были впервые предсказаны в 1925 году физиком Вольфгангом Паули, который пытался выяснить, как объяснить атомную структуру, предложенную в 1922 году Нильс Бор. Бор использовал экспериментальные данные для построения атомной модели, которая содержала электронные оболочки, создавая устойчивые орбиты для движения электронов вокруг атомного ядра. Хотя это хорошо сочеталось с доказательствами, не было особой причины, по которой эта структура была бы стабильной, и это объяснение, которого пытался достичь Паули. Он понял, что если вы присваиваете квантовые числа

В 1926 году Энрико Ферми и Пол Дирак независимо друг от друга пытались понять другие аспекты противоречивое поведение электронов и, тем самым, установило более полный статистический способ иметь дело с электронами. Хотя Ферми сначала разработал систему, они были достаточно близки, и оба проделали достаточно работы, чтобы потомство назвал их статистический метод статистики Ферми-Дирака, хотя сами частицы были названы в честь Ферми сам.

Тот факт, что фермионы не могут все разрушиться в одно и то же состояние - опять же, это конечный смысл принципа исключения Паули - очень важен. Фермионы внутри Солнца (и всех других звезд) коллапсируют вместе под интенсивной силой тяжести, но не могут полностью коллапсировать из-за принципа Паули. В результате создается давление, которое давит на гравитационный коллапс вещества звезды. Именно это давление генерирует солнечное тепло, которое питает не только нашу планету, но и большую часть энергии в остальной части нашей вселенной... включая само образование тяжелых элементов, как описано звездный нуклеосинтез.

Всего существует 12 фундаментальных фермионов - фермионов, которые не состоят из более мелких частиц - которые были экспериментально идентифицированы. Они делятся на две категории:

• Кварки - Кварки - это частицы, из которых состоят адроны, такие как протоны и нейтроны. Есть 6 различных типов кварков:
  • • Up Quark
  • Шарм Кварк
  • Топ Кварк
  • Вниз Кварк
  • Странный Кварк
  • Нижний Кварк
• Лептоны - Есть 6 типов лептонов:
  • • электрон
  • электрон Нейтрино
  • мюонов
  • Мюон нейтрино
  • Тау
  • Тау Нейтрино

В дополнение к этим частицам теория суперсимметрии предсказывает, что каждый бозон будет иметь пока еще необнаруженный фермионный аналог. Поскольку существует от 4 до 6 фундаментальных бозонов, это предполагает, что - если суперсимметрия верна - есть еще 4-6 фундаментальные фермионы, которые еще не обнаружены, по-видимому, потому что они очень нестабильны и распались на другие формы.

Помимо фундаментальных фермионов, другой класс фермионов может быть создан путем объединения фермионов вместе (возможно, вместе с бозонами), чтобы получить результирующую частицу с полуцелым спином. Квантовые спины складываются, поэтому некоторая базовая математика показывает, что любая частица, которая содержит нечетное число фермионов будет заканчиваться полуцелым спином и, следовательно, будет фермионом сам. Вот некоторые примеры:

• Барионы - Это частицы, такие как протоны и нейтроны, которые состоят из трех кварков, соединенных вместе. Поскольку у каждого кварка есть полуцелое вращение, у получающегося в результате бариона всегда будет полуцелое вращение, независимо от того, какие три типа кварка соединяются вместе, чтобы сформировать его.
• Гелий-3 - Содержит 2 протона и 1 нейтрон в ядре, а также 2 электрона, окружающих его. Поскольку существует нечетное число фермионов, результирующее вращение является полуцелым значением. Это означает, что гелий-3 также является фермионом.

Отредактировано Энн Мари Хельменстин, доктор философии