Ферміон

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Ферміо́н (від прізвища фізика Фермі) — у фізиці, частинка (або квазічастинка) з напівцілим значенням спіну. Ферміони підкоряються статистиці Фермі-Дірака: в одному квантовому стані може знаходитися не більше однієї частинки. Хвильова функція системи однакових ферміонів антисиметрична щодо перестановки будь-яких двох ферміонів. Квантова система, що складається з непарного числа ферміонів, сама є ферміоном.

Приклади ферміонів: кварки (вони формують протони і нейтрони, які також є ферміонами), лептони (електрони, мюони, нейтрино), дірки (квазічастинки в напівпровіднику). Принцип заборони Паулі відповідальний за стабільність електронних оболонок атомів, що робить можливим існування складних хімічних елементів. Він також дозволяє існувати виродженій матерії під дією високого тиску (нейтронні зірки).

Комутаційні співвідношення[ред.ред. код]

Оператори народження та знищення ферміонів антикомутують:

 \hat{a}^\dagger \hat{a} + \hat{a}\hat{a}^\dagger = 1 .


Композитні ферміони[ред.ред. код]

Композитні частки (такі, як адрони, ядра, та атоми) можуть бути бозонами або ферміонами в залежності від їхніх складових часток. Більш детально, в залежності від відношення між спіном та статистиками, частка яка має непарне число ферміонів - залишається ферміоном, оскільки має "напівцілий" (дробний) спін.

На сьогодні маємо такі приклади:

  • Баріон, такий як протон чи нейтрон, містить три ферміонні кварки і тому є ферміоном;
  • ядра, наприклад атоми вуглецю-13 містять 6 протонів та 7 нейтронів і тому також є ферміонами;
  • Атоми гелій-3 (3He) містять два протони та один нейтрон, а також два електрони, і тому також є ферміони.

Число бозонів всередині композитної частки, що містить прості частки пов'язані потенціалом, не має значення чи вони бозони, чи ферміони.

Ферміонну або бозонну поведінку композитної частки (чи системи) можна побачити на великих (в порівнянні з розмірами системи) відстанях. На відстанях, де проявляється тонка структура композитної частки, остання веде себе відповідно до того, з яких складових часток вона створена.

Ферміони можуть проявляти бозонну поведінку, коли слабо пов'язуються в пари. Це має місце в основі надпровідність та надплинність в гелій-3: в надпровідних матеріалах, електрони взаємодіють між собою за допомогою обміну фононами, формуючи куперівські пари, оскільки в гелій-3 куперівські пари формуються через флюктуації спіна.

Див. також[ред.ред. код]