הגדרת פרמיון בפיזיקה

בפיזיקת החלקיקים, א פרמיון הוא סוג של חלקיק המציית לחוקים בסטטיסטיקה של פרמי-דיראק, כלומר עקרון הרחקת פאולי. לפרמיונים האלה יש גם א ספין קוונטי עם מכיל ערך שלם שלם שלם, כגון 1/2, -1/2, -3/2 וכן הלאה. (לשם השוואה, ישנם סוגים אחרים של חלקיקים, הנקראים בוזונים, שיש להם ספין שלם, כגון 0, 1, -1, -2, 2 וכו ')

תאים נקראים לפעמים חלקיקי חומר, מכיוון שהם החלקיקים המרכיבים את רוב מה שאנחנו חושבים עליו כחומר פיזי בעולמנו, כולל פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים.

תיזויות ניבאו לראשונה בשנת 1925 על ידי הפיזיקאי וולפגנג פאולי, שניסה להבין כיצד להסביר את המבנה האטומי שהוצע בשנת 1922 על ידי נילס בוהר. בוהר השתמש בראיות ניסיוניות כדי לבנות מודל אטומי שהכיל קונכיות אלקטרונים, ויצר מסלולי יציבות לאלקטרונים לנוע סביב גרעין האטום. אף שהדבר התאים היטב לראיות, לא הייתה שום סיבה מיוחדת לכך שהמבנה הזה יהיה יציב וזו ההסבר אליו ניסה פאולי להגיע. הוא הבין שאם תקצה מספרים קוונטיים (נקרא אחר כך ספין קוונטי) לאלקטרונים האלה, נראה היה שיש איזשהו עיקרון שמשמעותו שאף שניים מהאלקטרונים לא יוכלו להיות באותו מצב בדיוק. כלל זה התפרסם כעיקרון ההדרה של פאולי.

בשנת 1926, אנריקו פרמי ופול דיראק ניסו באופן עצמאי להבין היבטים אחרים של התנהגות אלקטרונית לכאורה מנוגדת וביססה בכך דרך סטטיסטית מלאה יותר התמודדות עם אלקטרונים. למרות שפרמי פיתח את המערכת תחילה, הם היו מספיק קרובים ושניהם עשו מספיק עבודה שיש לדורות הבאים כינו את השיטה הסטטיסטית שלהם סטטיסטי פרמי-דיראק, אם כי החלקיקים עצמם נקראו על שם פרמי את עצמו.

העובדה שפרמיונים לא כולם יכולים להתמוטט לאותה מדינה - שוב, זו המשמעות האולטימטיבית של עקרון ההדרה של פאולי - חשובה מאוד. הפרמיונים בתוך השמש (וכל הכוכבים האחרים) קורסים יחד תחת כוח הכובד האינטנסיבי, אך הם לא יכולים להתמוטט לחלוטין בגלל עקרון ההדרה של פאולי. כתוצאה מכך יש לחץ שנוצר הדוחף את התמוטטות הכבידה של חומר הכוכב. הלחץ הזה הוא זה שמייצר את החום הסולארי שמדלק לא רק את כדור הארץ שלנו אלא כל כך הרבה מהאנרגיה בשאר היקום שלנו... כולל עצם היווצרותם של אלמנטים כבדים, כמתואר על ידי נוקלאוזינתזה מהממים.

ישנם בסך הכל 12 פרמיונים בסיסיים - פרמיונים שאינם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר - שזוהו בניסוי. הם מתחלקים לשתי קטגוריות:

• קוורקים - קוורקים הם החלקיקים המרכיבים הדרונים, כמו פרוטונים ונויטרונים. ישנם 6 סוגים שונים של קווארקים:
  • • במעלה קווארק
  • קסם קווארק
  • טופ קווארק
  • למטה קווארק
  • קווארק מוזר
  • התחתון קווארק
• לפטונים - ישנם 6 סוגים של לפטונים:
  • • אלקטרונים
  • אלקטרונים נייטרינו
  • מוון
  • מוון נייטרינו
  • טאו
  • טאו נייטרינו

בנוסף לחלקיקים אלה, תיאוריית העל-סימטריה חוזה שלכל בוסון תהיה מקבילה פרמיונית עד כה שלא זוהתה. מכיוון שיש 4 עד 6 בוזונים מהותיים, הדבר עשוי לרמוז שאם סופר-סימטריה נכונה, ישנם עוד 4 עד 6 פרמיטים יסודיים שטרם התגלו, ככל הנראה מכיוון שהם לא יציבים ביותר והתפרקו לאחרים צורות.

מעבר לפרמיונים הבסיסיים, ניתן ליצור מחלקה אחרת של פרמיונים על ידי שילוב פרמיונים יחדיו (אולי יחד עם בוזונים) כדי לקבל חלקיק שנוצר עם ספין שלם שלם. ספינים קוונטיים מסתכמים כך שכל מתמטיקה בסיסית מראה כי כל חלקיק המכיל מוזר מספר הפרמיונים עומד להסתיים בסיבוב של מספר שלם, ולכן יהיה פרמיון עצמה. כמה דוגמאות כוללות:

• בריונס - מדובר בחלקיקים, כמו פרוטונים ונויטרונים, המורכבים משלושה קווארקים המחוברים זה לזה. מכיוון שלכל קווארק יש סיבוב שלם שלם שלם, לבריון המתקבל תמיד יהיה ספין שלם שלם, לא משנה אילו שלושה סוגים של קווארק יחברו זה לזה ליצירתו.
• הליום -3 - מכיל 2 פרוטונים וניוטרון 1 בגרעין, יחד עם 2 אלקטרונים המעגלים אותו. מכיוון שיש מספר אי-זוגי של פרמיונים, הסיבוב שהתקבל הוא ערך שלם שלם. המשמעות היא שגם הליום -3 הוא פרמיון.

נערך על ידי אן מארי הלמנסטין, ד.