Dalelių fizikoje, a fermionas yra dalelių rūšis, kurios laikosi Fermi-Dirac statistikos taisyklių, būtent Pauliaus atskirties principas. Šie fermionai taip pat turi a kvantinis nugara su turi sveikojo skaičiaus pusę, pvz., 1/2, -1/2, -3/2 ir t. t. (Palyginimui, yra ir kitų rūšių dalelių, vadinamų bozonai, kurių sveikasis sukimasis yra, pavyzdžiui, 0, 1, -1, -2, 2 ir kt.)
Kas daro Fermionus tokiais ypatingais
Fermionai kartais vadinami materijos dalelėmis, nes būtent jos yra tos dalelės, kurios sudaro didžiąją dalį to, ką mes galvojame apie fizinę materiją mūsų pasaulyje, įskaitant protonus, neutronus ir elektronus.
Fermionus pirmą kartą numatė 1925 m. Fizikas Wolfgangas Pauli, kuris bandė išsiaiškinti, kaip paaiškinti 1922 m. Pasiūlytą atominę struktūrą. Nielsas Bohras. Boras pasinaudojo eksperimentiniais įrodymais, kad sukurtų atominį modelį, kuriame būtų elektronų apvalkalai, sukurdami stabilias orbitas elektronams judėti aplink atomo branduolį. Nors tai gerai atitiko įrodymus, nebuvo jokios konkrečios priežasties, kodėl ši struktūra būtų stabili, ir tai yra paaiškinimas, kurį Paulis bandė pasiekti. Jis suprato, kad jei jūs priskyrėte kvantinius skaičius (vėliau pavadintus
kvantinis nugara) šiems elektronams, tada atrodė, kad yra kažkoks principas, reiškiantis, kad nė vienas iš elektronų negali būti visiškai toje pačioje būsenoje. Ši taisyklė tapo žinoma kaip Paulio atskirties principas.1926 m. Enrico Fermi ir Paulius Diracas savarankiškai bandė suprasti kitus tariamai prieštaringą elektronų elgesį ir tai darydamas nustatė išsamesnį statistinį būdą susijusius su elektronų. Nors „Fermi“ pirmiausia sukūrė sistemą, jie buvo pakankamai artimi ir abu padarė pakankamai darbo, kurį turi ateities palikuonys jų statistinį metodą pavadino Fermi-Dirac statistika, nors pačios dalelės buvo pavadintos Fermi vardu pats.
Labai svarbu tai, kad visi fermionai negali sugriūti į tą pačią būseną - vėlgi, tai yra galutinė Pauliaus atskirties principo prasmė. Fermionai, esantys saulėje (ir visos kitos žvaigždės), žlunga kartu veikdami intensyvios gravitacijos jėgos, tačiau jie negali visiškai sugriūti dėl Pauli atskirties principo. Dėl to susidaro slėgis, kuris stumia priešais žvaigždės materijos gravitacinį griūtį. Būtent šis slėgis sukuria saulės šilumą, kuris sudegina ne tik mūsų planetą, bet ir visą energijos dalį likusioje visatos dalyje... įskaitant patį sunkiųjų elementų susidarymą, kaip aprašė žvaigždžių nukleosintezė.
Pagrindiniai fermionai
Iš viso yra 12 pagrindinių fermionų - fermijų, kurie nėra sudaryti iš mažesnių dalelių - kurie buvo eksperimentiškai nustatyti. Jie skirstomi į dvi kategorijas:
-
Kvarkai - Kvarkai yra dalelės, kurios sudaro hadronus, tokius kaip protonai ir neutronai. Yra 6 skirtingi kvarkų tipai:
- Aukštyn kvarkas
- Žavusis kvarkas
- Viršutinė varškė
- Žemyn varškė
- Keistas kvarkas
- Apatinis kvarkas
-
Leptonai - Yra 6 leptonų tipai:
- Elektronas
- Elektronas Neutrino
- Muonas
- Muonas Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
Be šių dalelių, supersimetrijos teorija numato, kad kiekvienas bozonas turėtų iki šiol nepastebėtą fermioninį atitikmenį. Kadangi yra nuo 4 iki 6 pagrindinių bozonų, tai rodo, kad jei teisinga supersimetrija, yra dar 4–6 pagrindiniai fermionai, kurie dar nebuvo nustatyti, greičiausiai todėl, kad jie yra labai nestabilūs ir subyrėjo į kitus formos.
Sudėtiniai fermionai
Be pagrindinių fermionų, gali būti sukurta dar viena fermionų klasė, derinant fermionus kartu (galbūt kartu su bozonais), kad gautumėte dalelę su pusės sveiko skaičiaus spininga. Kvantiniai sukiniai susideda, todėl kai kurie pagrindiniai matematikos duomenys rodo, kad bet kuri dalelė, kurioje yra nelyginis Fermionų skaičius baigsis pusės sveiko skaičiaus sukimu, todėl bus Fermionas pats. Keletas pavyzdžių:
- Barionai - Tai yra dalelės, tokios kaip protonai ir neutronai, kurias sudaro trys sujungti kvarkai. Kadangi kiekvienas kvarkas turi pusę sveiko skaičiaus sukinį, gautas baryonas visada turės pusę sveiko skaičiaus sukinį, nesvarbu, kokie trys kvarko tipai sujungti, kad jį sudarytų.
- Helis-3 - Branduolyje yra 2 protonai ir 1 neutronas, kartu su juo cirkuliuoja 2 elektronai. Kadangi yra nelyginis fermijų skaičius, gautas sukinys yra pusės sveiko skaičiaus vertė. Tai reiškia, kad helis-3 yra ir fermionas.
Redaguota Anne Marie Helmenstine, Ph.