In der Partikel-Physik ist ein fermion (genannt nach Enrico Fermi) jede Partikel, die der Fermi-Dirac Statistik folgt und dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli folgt, der alle Quarke und leptons, sowie jede zerlegbare Partikel einschließen würde, die aus einer ungeraden Zahl von diesen, wie der ganze baryons und viele Atome und Kerne gemacht ist. Fermions heben sich von bosons ab, die Statistik von Bose-Einstein folgen.

Ein fermion kann eine elementare Partikel wie das Elektron sein; oder es kann eine zerlegbare Partikel wie das Proton sein. Der Drehungsstatistik-Lehrsatz meint, dass, in jeder angemessenen relativistischen Quant-Feldtheorie, Partikeln mit der Drehung der ganzen Zahl bosons sind, während Partikeln mit der Drehung der halbganzen Zahl fermions sind.

Im Gegensatz zu bosons kann nur ein fermion einen besonderen Quant-Staat zu jeder vorgegebenen Zeit besetzen. Wenn mehr als ein fermion denselben physischen Raum besetzt, muss mindestens ein Eigentum jedes fermion, wie seine Drehung, verschieden sein. Fermions werden gewöhnlich mit der Sache vereinigt, wohingegen bosons allgemein Kraft-Transportunternehmen-Partikeln sind; obwohl im aktuellen Staat der Partikel-Physik die Unterscheidung zwischen den zwei Konzepten unklar ist.

Das Standardmodell erkennt zwei Typen von elementarem fermions an: Quarke und leptons. Insgesamt unterscheidet das Modell 24 verschiedene fermions: 6 Quarke und 6 leptons, jeder mit einem entsprechenden Antiteilchen.

Zusammensetzung fermions, wie Protone und Neutronen, ist Schlüsselbausteine der Sache. Schwach aufeinander wirkend kann fermions auch bosonic Verhalten unter äußersten Bedingungen, solcher als in der Supraleitfähigkeit zeigen.

Zusammensetzung fermions

Zerlegbare Partikeln (wie hadrons, Kerne und Atome) können bosons oder fermions abhängig von ihren Bestandteilen sein. Genauer, wegen der Beziehung zwischen Drehung und Statistik, ist eine Partikel, die eine ungerade Zahl von fermions enthält, selbst ein fermion: Es wird Drehung der halbganzen Zahl haben.

Beispiele schließen den folgenden ein:

• Ein baryon, wie das Proton oder Neutron, enthält drei fermionic Quarke und ist deshalb ein fermion;
• Der Kern eines Kohlenstoff enthält 13 Atom 6 Protone und 7 Neutronen und ist deshalb ein fermion;
• Das Atom-Helium 3 wird (Er) aus 2 Protonen, einem Neutron und 2 Elektronen gemacht und ist deshalb ein fermion.

Die Zahl von bosons innerhalb einer zerlegbaren Partikel, die aus einfachen mit einem Potenzial gebundenen Partikeln zusammengesetzt ist, hat keine Wirkung an, ob es ein boson oder ein fermion ist.

Fermionic oder bosonic Verhalten einer zerlegbaren Partikel (oder System) werden nur auf freiem Fuß (im Vergleich zur Größe des Systems) Entfernungen gesehen. An der Nähe, wo Raumstruktur beginnt, wichtig zu sein, benimmt sich eine zerlegbare Partikel (oder System) gemäß seinem konstituierenden Make-Up.

Fermions kann bosonic Verhalten ausstellen, wenn sie lose gebunden in Paaren werden. Das ist der Ursprung der Supraleitfähigkeit und die Superflüssigkeit von Helium 3: Im Superleiten von Materialien wirken Elektronen durch den Austausch von phonons aufeinander, Paare von Cooper bildend, während in Helium 3 Paare von Cooper über Drehungsschwankungen gebildet werden.

Die Quasipartikeln der Bruchquant-Saal-Wirkung sind auch bekannt als Zusammensetzung fermions, die Elektronen mit einer geraden Zahl von gequantelten ihnen beigefügten Wirbelwinden sind.

Skyrmions

In einer Quant-Feldtheorie kann es Feldkonfigurationen von bosons geben, die topologisch gedreht werden. Das sind zusammenhängende Staaten (oder solitons), die sich wie eine Partikel benehmen, und sie fermionic sein können, selbst wenn alle konstituierenden Partikeln bosons sind. Das wurde von Tony Skyrme am Anfang der 1960er Jahre entdeckt, so sind aus bosons gemachte fermions genannter Skyrmions nach ihm.

Das ursprüngliche Beispiel von Skyrme hat Felder eingeschlossen, die Werte auf einem dreidimensionalen Bereich, das ursprüngliche nichtlineare Sigma-Modell nehmen, das das große Entfernungsverhalten von pions beschreibt. Im Modell von Skyrme, das im großen N oder der Schnur-Annäherung an das Quant wieder hervorgebracht ist, sind chromodynamics (QCD), das Proton und Neutron fermionic topologischer solitons des pion Feldes.

Wohingegen das Beispiel von Skyrme pion Physik eingeschlossen hat, gibt es ein viel vertrauteres Beispiel in der Quant-Elektrodynamik mit einem magnetischen Monopol. Ein bosonic Monopol mit der kleinstmöglichen magnetischen Anklage und eine bosonic Version des Elektrons werden einen fermionic dyon bilden.

Die Analogie zwischen dem Feld von Skyrme und dem Feld von Higgs des electroweak Sektors ist verwendet worden, um zu verlangen, dass alle fermions skyrmions sind. Das konnte erklären, warum alle bekannte fermions baryon oder lepton Quantenzahlen haben und einen physischen Mechanismus für den Ausschluss-Grundsatz von Pauli zur Verfügung stellen.

Siehe auch

• Anyon
• Boson
• Kondensat von Fermionic
• Feld von Fermionic
• Bruchquant-Saal-Wirkung
• Identische Partikeln
• Kogut-Susskind fermion
• Majorana fermion
• Parastatistik
• Supraleitfähigkeit

Referenzen