У физици честица, а фермион је врста честица која поштује правила Ферми-Диракове статистике, наиме Принцип искључења из Паула. Ови фермиони такође имају квантно спиновање са садржи вредност половине целог броја, као што су 1/2, -1/2, -3/2, и тако даље. (За поређење, постоје друге врсте честица, назване бозони, који имају цео спин, као што су 0, 1, -1, -2, 2, итд.)
Оно што Фермионе чини тако посебним
Фермиони се понекад називају честицама материје, јер су честице које чине већину онога што у нашем свету сматрамо физичком материјом, укључујући протоне, неутроне и електроне.
Фермионе је први предвидио 1925. физичар Волфганг Паули, који је покушавао да смисли како да објасни атомску структуру коју је 1922. предложио Ниелс Бохр. Бохр је користио експерименталне доказе за изградњу атомског модела који садржи електронске љуске, стварајући стабилне орбите за кретање електрона око атомског језгра. Иако се то добро подудара са доказима, није постојао одређени разлог зашто би та структура била стабилна и то је објашњење које је Паули покушавао да достигне. Схватио је да ако доделите квантне бројеве (касније именоване
квантно спиновање) за ове електроне, тада се чинило да постоји неки принцип који је значио да ниједан од два електрона не може бити у потпуно истом стању. Ово правило постало је познато као Паулијево начело искључења.1926. Енрицо Ферми и Паул Дирац су самостално покушали да разумеју друге аспекте наизглед контрадикторно електронско понашање и тиме је успоставио потпунији статистички начин бавећи се електронима. Иако је Ферми прво развио систем, били су довољно блиски и обојица су урадила довољно посла који има потомство назвали су своју статистичку методу статистиком Ферми-Дирац, мада су и саме честице добиле име по Фермију себе.
Чињеница да се фермиони не могу све срушити у исто стање - опет, то је крајње значење Паулијевог принципа искључења - врло је важно. Фермиони унутар сунца (и свих осталих звезда) се урушавају под јаком силом гравитације, али не могу се у потпуности урушити због принципа искључења у Паулију. Као резултат, настаје притисак који потискује гравитациони колапс материје звезде. Управо овај притисак који ствара сунчеву топлоту подстиче не само нашу планету већ и толико енергије у остатку нашег универзума... укључујући и само формирање тешких елемената, како је то описано звјездана нуклеосинтеза.
Фундаментални Фермиони
Постоји 12 основних фермиона - фермиони који нису сачињени од мањих честица - који су експериментално идентификовани. Поделе се у две категорије:
-
Куаркс - Куарккови су честице које чине хадроне, попут протона и неутрона. Постоји 6 различитих типова кваркова:
- Уп Куарк
- Цхарм Куарк
- Топ Куарк
- Довн Куарк
- Чудан кварк
- Доњи кварк
-
Лептонс - Постоји 6 врста лептона:
- Елецтрон
- Елецтрон Неутрино
- Муон
- Муон Неутрино
- Тау
- Тау Неутрино
Поред ових честица, теорија суперсиметрије предвиђа да би сваки бозон имао тако далеко неоткривен фермионски пандан. Пошто постоји 4 до 6 основних бозона, ово би сугерисало да - ако је суперсиметрија истинита - постоји још 4 до 6 темељни фермиони који још нису откривени, вероватно зато што су веома нестабилни и пропадају у друге форме.
Композитни Фермиони
Поред основних фермиона, друга класа фермиона може се створити комбиновањем фермиона заједно (евентуално заједно са бозонима) да би се добила резултирајућа честица са полу-целим ротирањем. Квантни спинови се сабирају, тако да нека основна математика показује да свака честица која садржи непарно број фермиона завршиће са полу-целим окретајем и, према томе, биће фермион себе. Неки примери укључују:
- Барионс - То су честице, попут протона и неутрона, које су састављене од три кварка спојена заједно. Будући да сваки кварк има полу-цели спин, резултирајући барион ће увек имати полу-цео спин, без обзира које три врсте кварка се спајају да га формирају.
- Хелијум-3 - Садржи 2 протона и 1 неутрон у језгру, заједно са 2 електрона који га окружују. Пошто постоји непарни број фермиона, резултујућа ротација је половина вредности. То значи да је и хелијум-3 фермион.
Уредио Др Анне Марие Хелменстине