Fermion Definition in Physics

I partikelfysik, a fermion är en typ av partikel som följer reglerna i Fermi-Dirac-statistiken, nämligen Pauli-uteslutningsprincip. Dessa fermioner har också en kvantspinn med innehåller ett heltal med ett heltal, såsom 1/2, -1/2, -3/2, och så vidare. (Som jämförelse finns det andra typer av partiklar, kallade bosoner, som har ett heltalspinn, såsom 0, 1, -1, -2, 2, etc.)

Fermioner kallas ibland materiapartiklar, eftersom det är de partiklar som utgör det mesta av det vi tänker på som fysisk materia i vår värld, inklusive protoner, neutroner och elektroner.

Fermions förutsagdes först 1925 av fysikern Wolfgang Pauli, som försökte ta reda på hur man förklarade den atomstrukturen som föreslogs 1922 av Niels Bohr. Bohr hade använt experimentella bevis för att bygga en atommodell som innehöll elektronskal och skapade stabila banor för elektroner att röra sig runt atomkärnan. Även om detta stämde väl med bevisen fanns det ingen speciell anledning till att denna struktur skulle vara stabil och det är förklaringen som Pauli försökte nå. Han insåg att om du tilldelade kvantnummer (senare namngivna

1926 försökte Enrico Fermi och Paul Dirac självständigt att förstå andra aspekter av till synes motstridiga elektronbeteenden och därigenom etablerat ett mer fullständigt statistiskt sätt hantera elektroner. Även om Fermi utvecklade systemet först, var de tillräckligt nära och båda gjorde tillräckligt med arbete som eftertiden har kallade sin statistiska metod Fermi-Dirac-statistik, även om partiklarna själva fick sitt namn efter Fermi han själv.

Det faktum att fermioner inte alla kan kollapsa i samma tillstånd - igen, det är den ultimata betydelsen av Pauli-uteslutningsprincipen - är mycket viktigt. Färionerna i solen (och alla andra stjärnor) kollapsar tillsammans under den kraftiga tyngdkraften, men de kan inte helt kollapsa på grund av Pauli-uteslutningsprincipen. Som ett resultat finns det ett tryck som alstras mot att tyngdpunkten kollapsar av stjärnmaterialet. Det är detta tryck som genererar solvärmen som bränsle inte bara vår planet utan så mycket av energin i resten av vårt universum... inklusive själva bildningen av tunga element, såsom beskrivs av stellär nukleosyntes.

Det finns totalt 12 grundläggande fermioner - fermioner som inte består av mindre partiklar - som har identifierats experimentellt. De ingår i två kategorier:

• kvarkar - Kvarkar är de partiklar som utgör hasroner, till exempel protoner och neutroner. Det finns 6 olika typer av kvarkar:
  • • Upp Quark
  • Charm Quark
  • Top Quark
  • Down Quark
  • Strange Quark
  • Botten Quark
• leptoner - Det finns 6 typer av leptoner:
  • • Elektron
  • Elektron Neutrino
  • Muon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Förutom dessa partiklar förutspår teorin för supersymmetri att varje boson skulle ha en hittills oupptäckt fermionisk motsvarighet. Eftersom det finns 4 till 6 grundläggande bosoner, tyder det på att - om supersymmetri är sant - finns det ytterligare 4 till 6 grundläggande fermioner som ännu inte har upptäckts, förmodligen för att de är mycket instabila och har förfallit till andra former.

Utöver de grundläggande fermionerna kan en annan klass av fermioner skapas genom att kombinera fermioner tillsammans (eventuellt tillsammans med bosoner) för att få en resulterande partikel med en hel heltal snurr. Kvantspinnen lägger till, så en del grundläggande matematik visar att varje partikel som innehåller en udda antalet fermioner kommer att sluta med en hel heltal snurr och kommer därför att vara en fermion sig. Några exempel inkluderar:

• baryoner - Det här är partiklar, som protoner och neutroner, som består av tre kvarkar sammanfogade. Eftersom varje kvark har en halv-heltal snurr, kommer den resulterande baryonen alltid att ha en halv-heltal snurr, oavsett vilka tre typer av kvark som går samman för att bilda den.
• Helium-3 - Innehåller 2 protoner och 1 neutron i kärnan, tillsammans med 2 elektroner som cirklar runt den. Eftersom det finns ett udda antal fermioner är den resulterande snurrningen ett heltal med ett heltal. Detta betyder att helium-3 också är en fermion.

Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.