V fiziki delcev je: a fermion je vrsta delcev, ki upošteva pravila statistike Fermi-Dirac, in sicer Načelo izključitve Paulija. Ti fermioni imajo tudi a kvantni spin s vsebuje vrednost pol-celotnega števila, kot so 1/2, -1/2, -3/2 in tako naprej. (Za primerjavo obstajajo druge vrste delcev, imenovane bozoni, ki imajo celo število vrtenja, kot so 0, 1, -1, -2, 2 itd.)
Kaj naredi Fermione tako posebne
Fermione včasih imenujemo delci materije, saj so delci, ki sestavljajo večino tega, kar v našem svetu štejemo kot fizično snov, vključno s protoni, nevtroni in elektroni.
Fermione je prvi napovedal leta 1925 fizik Wolfgang Pauli, ki je skušal razložiti, kako razložiti strukturo atomov, ki jo je leta 1922 predlagal Niels Bohr. Bohr je uporabil eksperimentalne dokaze, da je zgradil atomski model, ki je vseboval elektronske lupine in ustvaril stabilne orbite za gibanje elektronov okoli atomskega jedra. Čeprav se je to dobro ujemalo z dokazi, ni bilo nobenega posebnega razloga, da bi bila ta struktura stabilna in to je razlaga, ki jo je Pauli skušal doseči. Spoznal je, da če dodelite kvantna števila (kasneje imenovana
kvantni spin) do teh elektronov se je takrat zdelo neko načelo, ki pomeni, da noben od elektronov ne more biti v popolnoma enakem stanju. To pravilo je postalo znano kot načelo izključitve Paulija.Leta 1926 sta Enrico Fermi in Paul Dirac samostojno poskušala razumeti druge vidike na videz nasprotujoče si elektronsko vedenje in s tem vzpostavil popolnejši statistični način ukvarjajo z elektroni. Čeprav je Fermi sistem najprej razvil, sta bila dovolj blizu in oba sta opravila dovolj dela, kot ga imata potomci so poimenovali svojo statistično metodo statistika Fermi-Dirac, čeprav so sami delci poimenovani po Fermiju sebe.
Zelo pomembno je dejstvo, da fermioni ne morejo propadati v enakem stanju - spet to je končni pomen načela izključitve Paulija. Fermioni znotraj sonca (in vseh drugih zvezd) se pod močno silo gravitacije sesedajo, vendar se zaradi načela izključitve Pauli ne morejo popolnoma zrušiti. Posledično nastane pritisk, ki pritiska na gravitacijski zlom snovi zvezde. Prav ta tlak, ki ustvarja sončno toploto, ne gori samo našega planeta, ampak toliko energije v ostalem našem vesolju... vključno s samo tvorbo težkih elementov, kot je opisano v zvezdna nukleosinteza.
Temeljni fermioni
Skupaj je bilo 12 eksperimentalnih identificiranih temeljnih fermion - fermioni, ki niso sestavljeni iz manjših delcev. Spadajo v dve kategoriji:
-
Quarks - kvarki so delci, ki sestavljajo hadrone, kot so protoni in nevtroni. Obstaja 6 različnih vrst kvarkov:
- Up Quark
- Charm Quark
- Vrhunski kvark
- Dol Quark
- Čuden kvark
- Spodnji kvark
-
Leptons - Obstaja 6 vrst leptonov:
- Elektrona
- Elektrona Neutrino
- Muon
- Muon Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
Poleg teh delcev teorija super-simetrije napoveduje, da bi imel vsak bozon tako daleč neodkrit fermionsko kolegico. Ker obstaja 4 do 6 temeljnih bozonov, bi to nakazovalo, da - če je supersimetrija resnična - obstaja še 4 do 6 temeljni fermioni, ki še niso bili odkriti, verjetno zato, ker so zelo nestabilni in so razpadli v druge obrazcev.
Kompozitni Fermioni
Poleg osnovnih fermionov lahko z združevanjem fermionov (po možnosti skupaj z bozoni) ustvarite še en razred fermion, da dobite nastali delček s polovičnim številom. Kvantni vrtljaji seštevajo, zato neka osnovna matematika kaže, da kateri koli delček, ki vsebuje neparno Število fermionov se bo končalo s polovičnim številom vrtljajev in bo torej fermion sama. Nekaj primerov vključuje:
- Barioni - To so delci, kot so protoni in nevtroni, sestavljeni iz treh kvarkov, združenih skupaj. Ker ima vsaka kvarka pol-celoštevilni spin, bo dobljeni barion vedno imel pol-celoštevilni spin, ne glede na to, katere tri vrste kvarkov se združijo, da ga tvorijo.
- Helij-3 - Vsebuje 2 protona in 1 nevtrona v jedru, skupaj z obkrožitvijo 2 elektrona. Ker obstaja neparno število fermionov, je dobljeni spin pri pol vrednosti. To pomeni, da je helij-3 tudi fermion.
Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.