Fermion

Technology

12 hours ago

Author

Fermion je jednou ze dvou hlavních kategorií částic v kvantové fyzice. Je pojmenován po italském fyzikovi Enricu Fermim a je charakterizován polovičním spinem a odpuzováním na základě Pauliho vylučovacího principu. Fermiony tvoří hmotu a jsou stavebními kameny všech obyčejných materiálních objektů, včetně atomů a molekul. Existuje několik druhů fermionů, včetně kvarků, elektronů, protonů a neutronů. Fermiony jsou také základem fundamentálního principu kvantové mechaniky nazývaného hmotnostní objektové rozložení. Tento princip stanovuje, že částice neexistují v jedné konkrétní poloze nebo stavu, ale spíše jsou reprezentovány pravděpodobnostním rozložením jejich polohy. V roce 1928 Paul Dirac vyvinul Diracovu rovnici, která popisuje chování fermionů a je základní rovnicí kvantové elektrodynamiky. Diracova rovnice předpovídala existenci antipartikulí s opačným nábojem, což bylo později experimentálně potvrzeno objevem pozitronu. Tento objev vedl k formulaci kvantové teorie pole, která popisuje interakce fermionů s ostatními částicemi. Fermiony hrají důležitou roli v odvětvích fyziky, jako je kvantová teorie pole, elektronika, jaderná fyzika a v astrofyzice. Studiem fermionů a jejich interakcí se snažíme lépe porozumět povaze hmoty a vesmíru jako celku.

Fermiony jsou částice pojmenované podle italského fyzika Enrica Fermiho (proto bývají někdy také označovány jako Fermiho částice), které mají poločíselný spin (1/2, 3/2, 5/2, …, v jednotkách Planckovy konstanty vydělené 2π). Díky poločíselnosti jejich spinu, oběhne-li pozorovatel kolem fermionu dokola o 360° (nebo se otočí fermion), vlnová funkce fermionu změní znaménko. Proto je lze též popsat jako částice, jejichž systémy jsou popsány úplně antisymetrickou vlnovou funkcí. Platí tedy pro ně Pauliho vylučovací princip a řídí se Fermiho-Diracovou statistikou. V relativistické kvantové teorii pole je možné ukázat, že dvě výše uvedené definice jsou ekvivalentní, tj. systémy nerozlišitelných částic s poločíselným spinem jsou popsány antisymetrickou vlnovou funkcí.

Všechny elementární částice jsou buď fermiony (kvarky a leptony včetně elektronu), nebo bosony (částice s celočíselným spinem jako foton, či gluon). Částice složené z lichého počtu fermionů se chovají též jako fermiony (např. +more proton a neutron, které jsou složeny ze tří kvarků a mají celkový spin 1/2). Avšak částice složené ze sudého počtu fermionů se chovají jako bosony (např. mezony skládající se ze dvou kvarků). Jako kvazičástice pak mohou vedle fermionů a bosonů existovat i částice se spinem jiné než celočíselné či poločíselné hodnoty, takzvané anyony.

Příklady fermionů

;Elementární částice látky * leptony (elektron, mion, tauon, neutrina), * kvarky, Baryony * nukleony: ** Proton, ** Neutron, * hyperony (Λ, Ξ, Σ, Ω) a baryonové rezonance, * pentakvarky, Atomová jádra s poločíselným spinem např. * triton (jádro tritia) * helion (jádro helia-3) Hypotetické částice * supersymetričtí partneři elementárních částic interakcí (gluino, neutralina a chargina).