Fizika: Fermiono apibrėžimas
Kodėl fermionai yra tokie ypatingi
Standartinis elementariųjų dalelių modelis. Fermilab
Dalelių fizikoje a fermionas yra dalelių rūšis, kuri paklūsta Fermi-Dirac statistikos taisyklėms, būtent Pauli išskyrimo principas . Šie fermionai taip pat turi a kvantinis sukinys su yra pusės sveikojo skaičiaus reikšmė, pvz., 1/2, -1/2, -3/2 ir pan. (Palyginimui, yra ir kitų tipų dalelių, vadinamų bozonai , kurių sukimasis sveikasis skaičius, pvz., 0, 1, -1, -2, 2 ir tt)
Kuo „Fermions“ toks ypatingas
Fermionai kartais vadinami materijos dalelėmis, nes tai yra dalelės, kurios sudaro didžiąją dalį to, ką mes laikome fizine medžiaga mūsų pasaulyje, įskaitant protonus, neutronus ir elektronus.
Fermionus 1925 m. pirmą kartą numatė fizikas Wolfgangas Pauli, kuris bandė išsiaiškinti, kaip paaiškinti atominę struktūrą, kurią 1922 m. Nielsas Boras . Bohras panaudojo eksperimentinius įrodymus, kad sukurtų atominį modelį, kuriame būtų elektronų apvalkalai, sukuriantys stabilias orbitas elektronams judėti aplink atomo branduolį. Nors tai gerai sutapo su įrodymais, nebuvo jokios konkrečios priežasties, kodėl ši struktūra būtų stabili, ir tai yra paaiškinimas, kurį Pauli bandė pasiekti. Jis suprato, kad jei priskirsite kvantinius skaičius (vėliau pavadintus kvantinis sukinys ) šiems elektronams, tada atrodė, kad egzistuoja kažkoks principas, reiškiantis, kad dviejų elektronų negali būti visiškai toje pačioje būsenoje. Ši taisyklė tapo žinoma kaip Pauli išskyrimo principas.
1926 m. Enrico Fermi ir Paul Dirac savarankiškai bandė suprasti kitus iš pažiūros prieštaringo elektronų elgesio aspektus ir tai darydami sukūrė išsamesnį statistinį elektronų elgesio būdą. Nors Fermi pirmiausia sukūrė sistemą, jie buvo pakankamai arti ir abu padarė pakankamai darbo, kad palikuonys savo statistinį metodą pavadino Fermi-Dirac statistika, nors pačios dalelės buvo pavadintos paties Fermio vardu.
Tai, kad fermionai negali sugriūti į tą pačią būseną – vėlgi, tai yra pagrindinė Pauli išskyrimo principo prasmė – yra labai svarbu. Saulės fermionai (ir visos kitos žvaigždės) griūva kartu veikiami intensyvios gravitacijos jėgos, tačiau jie negali visiškai subyrėti dėl Pauli išskyrimo principo. Dėl to susidaro slėgis, kuris stumia prieš žvaigždės materijos gravitacinį žlugimą. Būtent šis slėgis sukuria saulės šilumą, kuri tiekia ne tik mūsų planetą, bet ir didžiąją dalį energijos likusioje visatos dalyje... įskaitant patį sunkiųjų elementų susidarymą, kaip aprašyta žvaigždžių nukleosintezė .
Fundamentalūs fermionai
Iš viso yra 12 pagrindinių fermionų – fermionų, kurie nėra sudaryti iš mažesnių dalelių – kurie buvo nustatyti eksperimentiškai. Jie skirstomi į dvi kategorijas:
- Kvarkai - Kvarkai yra dalelės, sudarančios hadronus, pavyzdžiui, protonai ir neutronai. Yra 6 skirtingi kvarkų tipai:
-
- Aukštyn Kvarkas
- Charm Quark
- Top Quark
- Down Quark
- Keistas Kvarkas
- Apatinis kvarkas
-
- Leptonai - Yra 6 leptonų tipai:
Be šių dalelių, supersimetrijos teorija numato, kad kiekvienas bozonas turės iki šiol neaptiktą fermioninį atitikmenį. Kadangi yra nuo 4 iki 6 pagrindinių bozonų, tai rodo, kad jei supersimetrija yra tiesa, yra dar 4–6 pagrindiniai fermionai, kurie dar nebuvo aptikti, tikriausiai todėl, kad jie yra labai nestabilūs ir suirę į kitas formas.
Sudėtiniai fermionai
Be pagrindinių fermionų, kitą fermionų klasę galima sukurti sujungus fermionus (galbūt kartu su bozonais), kad gautųsi dalelė su pusės sveikojo skaičiaus sukimu. Kvantiniai sukiniai sumuojasi, todėl kai kurios pagrindinės matematikos žinios rodo, kad bet kuri dalelė, kurioje yra nelyginis fermionų skaičius, baigsis pusės sveikojo skaičiaus sukimu, todėl pati bus fermionas. Kai kurie pavyzdžiai:
RedaguotaAnne Marie Helmenstine, mokslų daktarė.