Определение на Фермион във физиката

Във физиката на частиците, a фермион е вид частица, която се подчинява на правилата на статистиката на Ферми-Дирак, а именно на Принцип на изключване на Паули. Тези фермиони също имат a квантово въртене с съдържа стойност на полуцело, като 1/2, -1/2, -3/2 и т.н. (За сравнение има и други видове частици, наречени бозони, които имат цяло число завъртане, като 0, 1, -1, -2, 2 и т.н.)

Фермионите понякога се наричат ​​материални частици, защото това са частиците, които съставляват по-голямата част от това, което смятаме за физическа материя в нашия свят, включително протони, неутрони и електрони.

Фермионите са били предсказани за първи път през 1925 г. от физика Волфганг Паули, който се опитва да измисли как да обясни атомната структура, предложена през 1922 г. от Нилс Бор. Бор е използвал експериментални доказателства, за да изгради атомен модел, който съдържа електронни обвивки, създавайки стабилни орбити за движение на електрони около атомното ядро. Въпреки че това съвпадаше добре с доказателствата, нямаше конкретна причина тази структура да е стабилна и това е обяснението, до което Паули се опитваше да достигне. Той осъзна, че ако зададете квантови числа (по-късно име

През 1926 г. Енрико Ферми и Пол Дирак се опитват да разберат други аспекти на на пръв поглед противоречиво електронно поведение и по този начин създаде по-пълен статистически начин на справяне с електрони. Въпреки че Ферми разработи системата първо, те бяха достатъчно близки и двамата свършиха достатъчно работа, която има потомството наречен статистически метод Fermi-Dirac статистика, въпреки че самите частици са кръстени на Ферми себе си.

Фактът, че фермионите не могат да се сринат в едно и също състояние - отново това е крайният смисъл на принципа на изключване на Паули - е много важен. Фермионите в слънцето (и всички други звезди) се сриват заедно под силната сила на гравитацията, но те не могат напълно да се сринат поради принципа на изключване на Паули. В резултат на това се създава налягане, което тласка гравитационния срив на материята на звездата. Именно това налягане генерира слънчевата топлина, която захранва не само нашата планета, но и толкова голяма част от енергията в останалата част на нашата вселена... включително самото образуване на тежки елементи, както е описано от звездна нуклеосинтеза.

Има 12 основни фермиона - фермиони, които не са съставени от по-малки частици - които са експериментално идентифицирани. Те попадат в две категории:

• кварките - Кварки са частиците, които образуват адрони, като протони и неутрони. Има 6 различни типа кварки:
  • • Up Quark
  • Charm Quark
  • Топ кварк
  • Down Quark
  • Странен кварк
  • Долен кварк
• Лептоните - Има 6 вида лептони:
  • • електрон
  • електрон Neutrino
  • мюон
  • Муон Неутрино
  • тау
  • Tau Neutrino

В допълнение към тези частици теорията на свръхсиметрията предвижда, че всеки бозон ще има досега неоткрит фермионен колега. Тъй като има 4 до 6 фундаментални бозона, това предполага, че - ако суперсиметрията е вярна - има още 4 до 6 основни фермиони, които все още не са открити, вероятно защото са силно нестабилни и са се разпаднали в други форми.

Отвъд основните фермиони може да се създаде друг клас фермиони, като се комбинират фермиони заедно (възможно заедно с бозони), за да се получи получена частица с полу-цяло число. Квантовите завъртания се сумират, така че някои основни математики показват, че всяка частица, която съдържа странно броят на фермионите ще завърши с полу-цяло число, и следователно ще бъде фермион себе си. Някои примери включват:

• барионите - Това са частици, като протони и неутрони, които са съставени от три кварка, съединени заедно. Тъй като всеки кварк има завъртане с полуцело число, полученият барион винаги ще има завъртане на полуцело, независимо кои три вида кварк се съединяват, за да го формират.
• Хелий-3 - Съдържа 2 протона и 1 неутрон в ядрото, заедно с 2 електрона, които го кръжат. Тъй като има нечетен брой фермиони, полученото въртене е стойност на полуцело. Това означава, че хелий-3 също е фермион.

Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р