Fermion-definition i fysik

I partikelfysik, a fermion er en type partikel, der adlyder reglerne i Fermi-Dirac-statistikken, nemlig Pauli-ekskluderingsprincip. Disse fermioner har også en kvantespind med indeholder en halvtalsværdi, såsom 1/2, -1/2, -3/2 osv. (Til sammenligning er der andre typer partikler, kaldet bosoner, der har et heltal spin, såsom 0, 1, -1, -2, 2 osv.)

Fermioner kaldes undertiden materiepartikler, fordi det er de partikler, der udgør det meste af det, vi tænker på som fysisk stof i vores verden, herunder protoner, neutroner og elektroner.

Fermions blev først forudsagt i 1925 af fysikeren Wolfgang Pauli, som forsøgte at finde ud af, hvordan den struktur, der blev foreslået i 1922, forklares af Niels Bohr. Bohr havde brugt eksperimentelle beviser til at opbygge en atommodel, der indeholdt elektronskaller, hvilket skabte stabile kredsløb for elektroner til at bevæge sig rundt i atomkernen. Selvom dette stemte godt overens med beviserne, var der ingen særlig grund til, at denne struktur ville være stabil, og det er forklaringen, som Pauli forsøgte at nå. Han indså, at hvis du tildelte kvantetal (senere navngivet

I 1926 forsøgte Enrico Fermi og Paul Dirac uafhængigt at forstå andre aspekter af tilsyneladende modstridende elektronopførsel og etablerede derved en mere komplet statistisk måde beskæftiger sig med elektroner. Selvom Fermi udviklede systemet først, var de tæt nok, og begge gjorde nok arbejde, som eftertiden har kaldte deres statistiske metode Fermi-Dirac-statistik, skønt partiklerne selv var opkaldt efter Fermi ham selv.

Det faktum, at fermioner ikke alle kan kollapse i samme tilstand - igen, det er den ultimative betydning af Pauli-ekskluderingsprincippet - er meget vigtigt. Fermionerne i solen (og alle andre stjerner) kollapser sammen under den kraftige tyngdekraft, men de kan ikke fuldstændigt kollapse på grund af Pauli-udelukkelsesprincippet. Som et resultat er der et tryk, der genereres, der skubber mod den tyngdepunktet kollaps af stjernens stof. Det er dette pres, der genererer solvarmen, der brænder ikke kun vores planet, men så meget af energien i resten af ​​vores univers... herunder selve dannelsen af ​​tunge elementer, som beskrevet af stjernenukleosyntesen.

Der er i alt 12 grundlæggende fermioner - fermioner, der ikke består af mindre partikler - der er blevet identificeret eksperimentelt. De falder i to kategorier:

• quarks - Kvarker er de partikler, der udgør hadroner, såsom protoner og neutroner. Der er 6 forskellige typer kvarker:
  • • Op Quark
  • Charme Quark
  • Top Quark
  • Ned Quark
  • Mærkelig Quark
  • Bund Quark
• leptoner - Der er 6 typer leptoner:
  • • Electron
  • Electron neutrino
  • muon
  • Muon Neutrino
  • tau
  • Tau Neutrino

Foruden disse partikler forudsiger teorien om supersymmetri, at enhver boson ville have en så langt uopdaget fermionisk modstykke. Da der er 4 til 6 grundlæggende bosoner, antyder dette, at - hvis supersymmetri er sandt - der er yderligere 4 til 6 grundlæggende fermioner, der endnu ikke er opdaget, formodentlig fordi de er meget ustabile og er forfaldne til andre formularer.

Ud over de grundlæggende fermioner kan en anden klasse af fermioner oprettes ved at kombinere fermioner sammen (muligvis sammen med bosoner) for at få en resulterende partikel med et halvt heltalsspin. Kvantespins tilføjes, så nogle grundlæggende matematik viser, at enhver partikel, der indeholder en ulige antal fermioner vil ende med en halv-heltal spin og vil derfor være en fermion sig selv. Nogle eksempler inkluderer:

• baryoner - Dette er partikler, som protoner og neutroner, der er sammensat af tre kvarker, der er forbundet. Da hver kvark har en halv-heltal-spin, vil den resulterende baryon altid have en halv-heltal-spin, uanset hvilke tre typer kvark, der går sammen om at danne det.
• Helium-3 - Indeholder 2 protoner og 1 neutron i kernen sammen med 2 elektroner der cirkler rundt. Da der er et ulige antal fermioner, er den resulterende spin en halv-heltalværdi. Dette betyder, at helium-3 også er en fermion.

Redigeret af Anne Marie Helmenstine, ph.d.