Fizikte Fermiyon Tanımı

Parçacık fiziğinde, fermiyon Fermi-Dirac istatistik kurallarına uyan bir parçacık türüdür. Pauli Dışlama İlkesi. Bu fermiyonlarda ayrıca kuantum dönüşü ile 1/2, -1/2, -3/2 gibi bir yarı tam sayı değeri içerir. (Karşılaştırma olarak, adlandırılan diğer parçacık türleri vardır bozonlar, 0, 1, -1, -2, 2 vb. gibi bir tamsayı dönüşüne sahip olan)

Fermiyonlara bazen madde parçacıkları denir, çünkü bunlar protonlar, nötronlar ve elektronlar da dahil olmak üzere dünyamızda fiziksel madde olarak düşündüğümüz şeylerin çoğunu oluşturan parçacıklardır.

Fermiyonlar ilk olarak 1925'te 1922'de önerilen atomik yapıyı nasıl açıklayacağına karar veren fizikçi Wolfgang Pauli tarafından tahmin edildi. Niels Bohr. Bohr, elektron kabukları içeren bir atom modeli oluşturmak için deneysel kanıtlar kullandı ve elektronların atom çekirdeği etrafında hareket etmesi için kararlı yörüngeler yarattı. Bu, kanıtlarla iyi eşleşmesine rağmen, bu yapının istikrarlı olmasının belirli bir nedeni yoktu ve Pauli'nin ulaşmaya çalıştığı açıklama bu. Kuantum sayıları (daha sonra adlandırılmış)

1926'da Enrico Fermi ve Paul Dirac bağımsız olarak görünüşte çelişkili elektron davranışı ve bunu yaparken daha eksiksiz bir istatistiksel yöntem oluşturdu. elektronlarla uğraşmak. Fermi önce sistemi geliştirmesine rağmen, yeterince yakındılar ve her ikisi de gelecek nesillere yetecek kadar iş yaptılar istatiksel yöntem Fermi-Dirac istatistiği olarak adlandırıldı, ancak parçacıkların kendileri Fermi kendisi.

Fermiyonların hepsinin aynı duruma çökememesi - yine Pauli Dışlama İlkesinin nihai anlamı - çok önemlidir. Güneş içindeki fermiyonlar (ve diğer tüm yıldızlar) yoğun yerçekimi kuvveti altında birlikte çökerler, ancak Pauli Dışlama İlkesi nedeniyle tamamen çökemezler. Sonuç olarak, yıldızın maddesinin yerçekimi çöküşüne iten bir baskı oluşur. Sadece gezegenimizi değil, evrenimizin geri kalanındaki enerjiyi de besleyen güneş ısısını üreten bu basınçtır... tarafından tarif edildiği gibi ağır elementlerin oluşumu dahil yıldız nükleosentezi.

Deneysel olarak tanımlanmış toplam 12 temel fermiyon - daha küçük parçacıklardan oluşmayan fermiyonlar - vardır. İki kategoriye ayrılırlar:

• kuarklar - Kuarklar, protonlar ve nötronlar gibi hadronları oluşturan parçacıklardır. 6 farklı kuark tipi vardır:
  • • Up Quark
  • Charm Quark
  • En İyi Kuark
  • Aşağı Kuark
  • Garip Kuark
  • Alt Kuark
• Leptonlar - 6 çeşit lepton vardır:
  • • Elektron
  • Elektron nötrino
  • müon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Bu parçacıklara ek olarak, süpersimetri teorisi, her bozonun şimdiye kadar tespit edilmemiş bir fermiyonik muadili olacağını öngörür. 4 ila 6 temel bozon olduğu için, bu - süpersimetri doğruysa - 4 ila 6 daha olduğunu gösterir. Muhtemelen oldukça kararsız oldukları ve diğerlerine çürümüş oldukları için henüz tespit edilmemiş temel fermiyonlar formlar.

Temel fermiyonların ötesinde, sonuçta meydana gelen bir parçacığı yarı-tamsayı döndürmeyle elde etmek için fermiyonları bir araya getirerek (muhtemelen bozonlarla birlikte) başka bir fermiyon sınıfı oluşturulabilir. Kuantum spinleri toplanır, bu nedenle bazı temel matematikler tuhaf olan herhangi bir parçacığın fermiyonların sayısı yarı-tamsayı bir spin ile sonuçlanacak ve bu nedenle bir fermiyon olacaktır kendisi. Bazı örnekler:

• baryonlar - Bunlar, protonlar ve nötronlar gibi, birbirine birleştirilen üç kuarktan oluşan parçacıklar. Her bir kuark yarı-tamsayı spinine sahip olduğundan, sonuçta ortaya çıkan baryon, hangi üç kuark tipini oluşturmak için bir araya gelse de, her zaman yarı-tamsayı spinine sahip olacaktır.
• Helyum-3 - Çekirdeğin içinde 2 adet proton ve 1 nötron ile onu çevreleyen 2 elektron bulunur. Tek sayıda fermantasyon olduğu için, elde edilen sıkma yarı tamsayı değeridir. Bu, helyum-3'ün de bir fermiyon olduğu anlamına gelir.

Tarafından düzenlendi Anne Marie Helmenstine, Doktora