Fermion

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În fizică , fermionii , așa-numiții în cinstea lui Enrico Fermi , sunt particulele care urmează statisticile Fermi-Dirac și, în consecință, conform teoremei spin-statistice , au un spin pe jumătate întreg (1/2, 3/2, 5 / 2 ...).

Împreună cu bosonii , acestea sunt una dintre cele două familii fundamentale în care se divid particulele . Principalele elemente distinctive ale fermionilor sunt că sunt supuse principiului excluderii Pauli și că posedă întotdeauna masă , din care bosonii elementari lipsesc în mai multe cazuri. Toată materia cunoscută este formată din fermioni, responsabili, direct sau prin forța lor de atracție , pentru masa detectabilă în natură.

Fermiuni și simetrie

Proprietatea de a respecta sau nu principiul excluderii Pauli se traduce matematic prin faptul că bosonii urmează statistica Bose-Einstein în timp ce fermionii urmează statistica Fermi-Dirac . Consecințele sunt că bosonii și fermionii au proprietăți diferite de simetrie sub schimbul a două particule: un sistem compus din particule identice din clasa bosonică este întotdeauna într-o stare globală complet simetrică sub schimbul a două particule, în timp ce un sistem compus din fermioni identic, dimpotrivă, se găsește întotdeauna într-o stare antisimetrică sub schimbul a doi fermioni. Funcția de undă totală a unui sistem format din fermioni identici este, prin urmare, complet antisimetrică și schimbă semnul sub schimbul oricăror doi fermioni.

Rotirea fermionilor

Teorema spin-statistici leagă rotirea particulelor de statisticile cuantice pe care trebuie să le respecte. Teorema arată că particulele cu rotire completă (0, 1, 2 ...) sunt neapărat bosoni, în timp ce cele cu rotire pe jumătate completă (1/2, 3/2, 5/2 ...) sunt neapărat fermioni.

Fermiuni în fizica subnucleară

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: fizica subnucleară .

În modelul standard există două tipuri de fermioni elementari : quarks (care alcătuiesc protoni și neutroni ) și leptoni (cum ar fi electronii ).

O particulă neelementară poate fi un fermion (cum ar fi barionii ) sau un boson (cum ar fi mezonii ), în funcție de conținerea unui număr impar sau par de quark, respectiv, și, în consecință, are un spin global semi-întreg sau întreg. Această regulă este valabilă și pentru atomi. În schimb, fermionul sau natura bosonică a unei particule compuse este independentă de numărul de bosoni.

Comportamentul fermionic sau bosonic al unei particule compuse sau atom (sau sistem) poate fi văzut doar la o distanță mare (în comparație cu dimensiunea sistemului). În apropiere, unde structurile spațiale încep să conteze, comportamentul urmează legile constituenților elementari. De exemplu, doi atomi de heliu , în ciuda proprietăților lor bosonice, nu pot împărți același spațiu dacă este comparabil ca dimensiune cu dimensiunea structurii interne a atomului (~ 10 −10 m). Astfel , heliul lichid are o densitate finită, comparabilă cu cea a materiei lichide obișnuite.

Particulele care alcătuiesc materia obișnuită sunt fermioni elementari (leptoni) sau compuși (barioni). Principiul de excludere Pauli , la care sunt supuși fermionii, este responsabil pentru „rigiditatea” materiei și stabilitatea orbitalilor atomici , precum și de a face posibilă, în cazul electronilor, legătura covalentă în chimie .

Particulele elementare ale modelului standard : fermionii ocupă primele trei coloane

Cele trei generații de fermioni

Fermiunile pot fi grupate pe baza proprietăților lor de interacțiune de-a lungul a trei generații . Primul este compus din electroni , neutrini de electroni și quarcuri în sus și în jos [1] . Toată materia obișnuită este alcătuită din electroni și quarcuri în sus și în jos în diverse combinații. Particulele următoarelor două generații au o masă mai mare decât precedentele (din câte știm; pentru neutrini tehnicile actuale nu permit o măsurare directă a masei, ci doar a valorilor absolute ale diferențelor de masă) . Datorită masei lor mai mari, leptonii și quarcii din a doua și a treia familie (sau particulele alcătuite din ele) sunt instabile și au o durată medie de viață scurtă, putând decada în particule mai ușoare formate din elemente din prima familie.

Notă

  1. ^ Traducerea italiană a quarkului în sus și în jos nu este practic utilizată pentru numele quarkurilor

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 4209 · LCCN (EN) sh85047833 · GND (DE) 4121256-3 · BNF (FR) cb11976538t (dată) · BNE (ES) XX534885 (dată)
Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica