Фермион

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фермион
Состав: может быть фундаментальной частицей, элементарной частицей, квазичастицей или составной
Классификация: Кварки, лептоны, фермионы Дирака, фермионы Майораны
Участвует во взаимодействиях: Гравитационное [1] (общее)
В честь кого или чего названа: Энрико Ферми
Спин: Полуцелый[2] ħ

Фермио́н — частица (или квазичастица) с полуцелым значением спина[2]. Своё название получили в честь физика Энрико Ферми.

Примеры фермионов: кварки (они образуют протоны и нейтроны, которые также являются фермионами), лептоны (электроны, мюоны, тау-лептоны, нейтрино), дырки (квазичастицы в полупроводнике)[3].

Фермионы подчиняются статистике Ферми — Дирака: в одном квантовом состоянии может находиться не более одной частицы (принцип Паули).

Принцип запрета Паули ответственен за устойчивость электронных оболочек атомов, делая возможным существование сложных химических элементов. Он также позволяет существовать вырожденной материи под действием высоких давлений (нейтронные звёзды).

Волновая функция системы одинаковых фермионов антисимметрична относительно перестановки двух любых фермионов.

Квантовая система, состоящая из нечётного числа фермионов, сама является фермионом (например, ядро с нечётным массовым числом A; атом или ион с нечётной суммой A и числа электронов). Согласно Стандартной модели, существует 12 ароматов элементарных фермионов: шесть кварков и шесть лептонов[2].

Поколение Кварки с зарядом (+2/3)e Кварки с зарядом (−1/3)e
Название/ аромат кварка/ антикварка Символ кварка/ антикварка Масса (МэВ) Название/ аромат кварка/ антикварка Символ кварка/ антикварка Масса (МэВ)
1 u-кварк (up-кварк) / анти-u-кварк u / \, \overline{u} от 1,5 до 3 d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк d / \, \overline{d} 4,79±0,07
2 c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк c / \, \overline{c} 1250 ± 90 s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк s / \, \overline{s} 95 ± 25
3 t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк t / \, \overline{t} 174 200 ± 3300[4] b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк b / \, \overline{b} 4200 ± 70

У всех кварков есть также электрический заряд, кратный 1/3 элементарного заряда. В каждом поколении один кварк имеет электрический заряд +2/3 (это u-, c- и t-кварки) и один — заряд −1/3 (d-, s- и b-кварки); у антикварков заряды противоположны по знаку. Кроме сильного и электромагнитного взаимодействия, кварки участвуют в слабом взаимодействии.

  • Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Существуют лептоны шести ароматов:
Поколение Заряженный лептон / античастица Нейтрино / антинейтрино
Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ) Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ)[5]
1 Электрон / Позитрон e^- \, / \, e^+ −1 / +1 0,511 Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино \nu_e \, / \, \overline{\nu}_e 0 < 0,0000022
2 Мюон \mu^- \, / \, \mu^+ −1 / +1 105,66 Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино \nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu 0 < 0,17
3 Тау-лептон \tau^- \, / \, \tau^+ −1 / +1 1776,99 Тау-нейтрино / тау-антинейтрино \nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau 0 < 15,5

Массы нейтрино не равны нулю (это подтверждается существованием нейтринных осцилляций), но настолько малы, что на 2014 год ещё не были измерены напрямую.

См. также чармоний, кварконий, боттомоний.

См. также[править | править вики-текст]

  • Бозоны — частицы с целым спином

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Физическая энциклопедия, т. 5. — М.: Большая Российская Энциклопедия; статья «Фермионы» стр. 284.