www.wikidata.uk-ua.nina.az

Ферміон Ферміо н від прізвища фізика Фермі у фізиці частинка або квазічастинка з напівцілим значенням спіну 1 2 3 2 5 2

Ферміон

Ферміо́н (від прізвища фізика Фермі) — у фізиці, частинка (або квазічастинка) з напівцілим значенням спіну (1/2, 3/2, 5/2 ...), що підкоряється статистиці Фермі — Дірака. На ферміони розповсюджується принципу заборони Паулі: 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.

Антисиметрична хвильова функція двоферміного стану у нескінченній потенціальній ямі

Саме ферміони (протони, нейтрони і електрони) складають атоми, з яких в свою чергу складається вся "звичайна" матерія, що нас оточує.

Статистика Фермі — Дірака Редагувати

Принцип заборони Паулі забороняє двом ферміонам знаходитися у однаковому квантовому стані (тобто такому, де всі квантові числа збігаються). Через це частинки ферміонного газу не можуть при охолодженні усі зайняти стан з мінімальною енергією, а електрони не можуть усі зайняти енергетично вигідну нижню орбіталь.

Якщо газ з ферміонів знаходиться у стані термодинамічної рівноваги, то кількість частинок, що знаходиться у стані з деякою енергією описується рівнянням:

де  — хімічний потенціал,  — стала Больцмана, T — температура.

У випадку великих температур (таких що ) цей розподіл переходить у розподіл Больцмана. Газ, охолоджений достатньо, щоб квантові ефекти почали відігравати значну роль, називається виродженим.

Властивості Редагувати

Античастинки Редагувати

Усі відомі елементарні ферміони мають частинку-партнера, що має таку саму масу, спін, ізоспін і час життя, але протилежний заряд (а також лептонне або баріонне число, колір і аромат, в залежності від типу частинки). Такі партнери називаються античастинками. Античастинка електрону має власну назву, позитрон, а у для решти ферміонів назви античастинки утворюються за допомогою префіксу анти-: антикварк, антимюон, антинейтрино. Античастинки можуть об'єднуватися, утворюючи більш складні системи, антипротони, антинейтрони, антиатоми, антиматерію.

При зіткненні частинки зі своєю античастинкою, вони обидві зникають, утворюючи фотони або більш важкі частинки. Такий процес називається анігіляцією.

Ферміони, що ідентичні своїм античастинкам називають майоранівськими ферміонами. У такому контексті звичайні ферміони, що відрізняються від своїх античастинок називають ферміонами Дірака. З відкритих частинок єдиним кандидатом у ферміони Майорани є нейтрино. З'ясувати, чи тотожне нейтрино своїй античастинці можна спостереженням рідкісного типу розпаду — безнейтринного подвійного бета-розпаду. Наразі такий розпад не був зафіксований.

На відміну від елементарних ферміонів, всі (або всі, окрім нейтрино) з яких відрізняються від своїх античастинок, більшість елементарних бозонів, такі як фотон, глюон, Z-бозон — тотожні своїм античастинкам. Такі частинки називаються істинно нейтральними частинками[en]. Серед композитних частинок істинно нейтральними є деякі мезони, що складаються з кварка і антикварка однакових типів (наприклад, π0-мезон).

Закони збереження Редагувати

Наразі в усіх експериментах лептонне число і баріонне число зберігаються. Наприклад, при розпаді мюона утворюється електрон, мюонне нейтрино і електронне антинейтрино. Втім, оскільки питання про тотожність нейтрино і антинейтрино ще не вирішене, у деяких реакціях (безнейтринний подвійний бета-розпад) закон збереження ферміонного числа (F=B+L) може порушуватися.

Варто зазначити, що збереження ферміонного числа не тотожне збереженню кількості ферміонів, якщо розглядати і реакції, у яких беруть участь композитні ферміони. Так, при об'єднанні протона і нейтрона у дейтрон з випроміненням фотону з двох ферміонів утворюється нуль (дейтрон є бозоном).

Комутаційні співвідношення Редагувати

Оператори народження та знищення ферміонів антикомутують:

Деякі класи ферміонів Редагувати

Елементарні ферміони Редагувати

Відомо три класи елементарних ферміонів:

Також елементарні ферміони поділяють на три покоління:

  • Електрон, електронне нейтрино, u- і d-кварки
  • Мюон, мюонне нейтрино, c- і s-кварки
  • Тау-лептон, тау-нейтрино, b- і t-кварки

З них стабільними є u-кварк, електрон, усі нейтрино (нейтрино не розпадаються, але перетворюються одне на одного під час осциляцій) а також відповідні античастинки.

Квазічастинки Редагувати

Розповсюдження деяких видів колективних збуджень у кристалах може бути описане як рух деякої частинки. Такі об'єкти називають квазічастинками. Квазічастинки, як і звичайні частинки, можуть бути ферміонами або бозонами. Важливими прикладами квазічастинок-ферміонів є дірки та електрони провідності, що є носіями заряду в напівпровідниках.

Іншими прикладами є полярони, тріони, вейлівський ферміон, майоранівський ферміон або ферміони Брауна-Зака.

Композитні ферміони Редагувати

Композитні частки (такі, як адрони, ядра, та атоми) можуть бути бозонами або ферміонами залежно від своїх складових часток. Зокрема, завдяки впливу спіну на статистики, частка, яка складається з непарної кількості ферміонів, сама є ферміоном, оскільки має "напівцілий" (дробовий) спін.

Приклади композитних ферміонів:

  • Баріон, як-от 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 гелію-3 (3He) містять два протони та один нейтрон, а також два електрони, і тому також є ферміонами.

Кількість бозонів всередині композитної частки не впливає на прояв нею бозонної чи ферміонної поведінки.

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

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. Fermi-Dirac statistics [ 29 листопада 2021 у Wayback Machine.](англ.)
  2. ↑ ферми-дирака статистика [ 23 лютого 2017 у Wayback Machine.](рос.)
  3. . Архів оригіналу за 4 листопада 2021. Процитовано 4 листопада 2021. 
  4. Античастицы: история и устройство [ 4 листопада 2021 у Wayback Machine.](рос.)
  5. истинно нейтральные частицы [ 8 серпня 2020 у Wayback Machine.](рос.)
  6. Архів оригіналу за 4 листопада 2021. Процитовано 4 листопада 2021. 
  7. дейтрон [ 23 червня 2020 у Wayback Machine.](рос.)
  8. A closer look at the elementary fermions [ 26 листопада 2018 у Wayback Machine.](англ.)
  9. The mystery of particle generations [ 12 квітня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
  10. Equilibrium Statistics of Carriers(англ.)
  11. Large polarons, bipolarons and Boson-Fermion model of superconductivity [ 7 червня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
  12. Weyl Fermions Discovered After 85 Years [ 3 березня 2022 у Wayback Machine.](англ.)
  13. Long-range ballistic transport of Brown-Zak fermions in graphene superlattices [ 2 листопада 2021 у Wayback Machine.](англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Fermio n vid prizvisha fizika Fermi u fizici chastinka abo kvazichastinka z napivcilim znachennyam spinu 1 2 3 2 5 2 sho pidkoryayetsya statistici Fermi Diraka Na fermioni rozpovsyudzhuyetsya principu zaboroni Pauli v odnomu kvantovomu stani mozhe znahoditisya ne bilshe odniyeyi chastinki Hvilova funkciya sistemi odnakovih fermioniv antisimetrichna shodo perestanovki bud yakih dvoh fermioniv Kvantova sistema sho skladayetsya z neparnogo chisla fermioniv sama ye fermionom Antisimetrichna hvilova funkciya dvoferminogo stanu u neskinchennij potencialnij yamiSame fermioni protoni nejtroni i elektroni skladayut atomi z yakih v svoyu chergu skladayetsya vsya zvichajna materiya sho nas otochuye Zmist 1 Statistika Fermi Diraka 2 Vlastivosti 2 1 Antichastinki 2 2 Zakoni zberezhennya 3 Komutacijni spivvidnoshennya 4 Deyaki klasi fermioniv 4 1 Elementarni fermioni 4 2 Kvazichastinki 4 3 Kompozitni fermioni 5 Div takozh 6 PrimitkiStatistika Fermi Diraka RedaguvatiDokladnishe Statistika Fermi DirakaPrincip zaboroni Pauli zaboronyaye dvom fermionam znahoditisya u odnakovomu kvantovomu stani tobto takomu de vsi kvantovi chisla zbigayutsya Cherez ce chastinki fermionnogo gazu ne mozhut pri oholodzhenni usi zajnyati stan z minimalnoyu energiyeyu a elektroni ne mozhut usi zajnyati energetichno vigidnu nizhnyu orbital 1 Yaksho gaz z fermioniv znahoditsya u stani termodinamichnoyi rivnovagi to kilkist chastinok sho znahoditsya u stani z deyakoyu energiyeyu e i displaystyle varepsilon i nbsp opisuyetsya rivnyannyam 2 n i 1 e e i m k B T 1 displaystyle bar n i frac 1 e varepsilon i mu k text B T 1 nbsp de m displaystyle mu nbsp himichnij potencial k B displaystyle k B nbsp stala Bolcmana T temperatura U vipadku velikih temperatur takih sho e m k T 1 displaystyle e mu kT gg 1 nbsp cej rozpodil perehodit u rozpodil Bolcmana Gaz oholodzhenij dostatno shob kvantovi efekti pochali vidigravati znachnu rol nazivayetsya virodzhenim 2 Vlastivosti RedaguvatiAntichastinki Redaguvati Dokladnishe AntichastinkaUsi vidomi elementarni fermioni mayut chastinku partnera sho maye taku samu masu spin izospin i chas zhittya ale protilezhnij zaryad a takozh leptonne abo barionne chislo kolir i aromat v zalezhnosti vid tipu chastinki Taki partneri nazivayutsya antichastinkami Antichastinka elektronu maye vlasnu nazvu pozitron a u dlya reshti fermioniv nazvi antichastinki utvoryuyutsya za dopomogoyu prefiksu anti antikvark antimyuon antinejtrino Antichastinki mozhut ob yednuvatisya utvoryuyuchi bilsh skladni sistemi antiprotoni antinejtroni antiatomi antimateriyu 3 Pri zitknenni chastinki zi svoyeyu antichastinkoyu voni obidvi znikayut utvoryuyuchi fotoni abo bilsh vazhki chastinki Takij proces nazivayetsya anigilyaciyeyu Fermioni sho identichni svoyim antichastinkam nazivayut majoranivskimi fermionami U takomu konteksti zvichajni fermioni sho vidriznyayutsya vid svoyih antichastinok nazivayut fermionami Diraka Z vidkritih chastinok yedinim kandidatom u fermioni Majorani ye nejtrino Z yasuvati chi totozhne nejtrino svoyij antichastinci mozhna sposterezhennyam ridkisnogo tipu rozpadu beznejtrinnogo podvijnogo beta rozpadu Narazi takij rozpad ne buv zafiksovanij 4 Na vidminu vid elementarnih fermioniv vsi abo vsi okrim nejtrino z yakih vidriznyayutsya vid svoyih antichastinok bilshist elementarnih bozoniv taki yak foton glyuon Z bozon totozhni svoyim antichastinkam Taki chastinki nazivayutsya istinno nejtralnimi chastinkami en Sered kompozitnih chastinok istinno nejtralnimi ye deyaki mezoni sho skladayutsya z kvarka i antikvarka odnakovih tipiv napriklad p0 mezon 5 Zakoni zberezhennya Redaguvati Narazi v usih eksperimentah leptonne chislo i barionne chislo zberigayutsya Napriklad pri rozpadi myuona utvoryuyetsya elektron myuonne nejtrino i elektronne antinejtrino Vtim oskilki pitannya pro totozhnist nejtrino i antinejtrino she ne virishene u deyakih reakciyah beznejtrinnij podvijnij beta rozpad zakon zberezhennya fermionnogo chisla F B L mozhe porushuvatisya 6 Varto zaznachiti sho zberezhennya fermionnogo chisla ne totozhne zberezhennyu kilkosti fermioniv yaksho rozglyadati i reakciyi u yakih berut uchast kompozitni fermioni Tak pri ob yednanni protona i nejtrona u dejtron z viprominennyam fotonu z dvoh fermioniv utvoryuyetsya nul dejtron ye bozonom 7 Komutacijni spivvidnoshennya RedaguvatiOperatori narodzhennya ta znishennya fermioniv antikomutuyut a a a a 1 displaystyle hat a dagger hat a hat a hat a dagger 1 nbsp Deyaki klasi fermioniv RedaguvatiElementarni fermioni Redaguvati Vidomo tri klasi elementarnih fermioniv 8 Kvarki 6 aromativ i yih antichastinki Zaryadzheni leptoni elektron myuon tau lepton i yih antichastinki Nejtrino tri vidi i vidpovidni antinejtrino Takozh elementarni fermioni podilyayut na tri pokolinnya 9 Elektron elektronne nejtrino u i d kvarki Myuon myuonne nejtrino c i s kvarki Tau lepton tau nejtrino b i t kvarkiZ nih stabilnimi ye u kvark elektron usi nejtrino nejtrino ne rozpadayutsya ale peretvoryuyutsya odne na odnogo pid chas oscilyacij a takozh vidpovidni antichastinki Kvazichastinki Redaguvati Dokladnishe KvazichastinkaRozpovsyudzhennya deyakih vidiv kolektivnih zbudzhen u kristalah mozhe buti opisane yak ruh deyakoyi chastinki Taki ob yekti nazivayut kvazichastinkami Kvazichastinki yak i zvichajni chastinki mozhut buti fermionami abo bozonami Vazhlivimi prikladami kvazichastinok fermioniv ye dirki ta elektroni providnosti sho ye nosiyami zaryadu v napivprovidnikah 10 Inshimi prikladami ye polyaroni 11 trioni vejlivskij fermion 12 majoranivskij fermion abo fermioni Brauna Zaka 13 Kompozitni fermioni Redaguvati Kompozitni chastki taki yak adroni yadra ta atomi mozhut buti bozonami abo fermionami zalezhno vid svoyih skladovih chastok Zokrema zavdyaki vplivu spinu na statistiki chastka yaka skladayetsya z neparnoyi kilkosti fermioniv sama ye fermionom oskilki maye napivcilij drobovij spin Prikladi kompozitnih fermioniv Barion yak ot proton chi nejtron mistit tri fermionni kvarki i tomu ye fermionom Yadra napriklad atomi vuglecyu 13 mistyat 6 protoniv ta 7 nejtroniv i tomu takozh ye fermionami Atomi geliyu 3 3He mistyat dva protoni ta odin nejtron a takozh dva elektroni i tomu takozh ye fermionami Kilkist bozoniv vseredini kompozitnoyi chastki ne vplivaye na proyav neyu bozonnoyi chi fermionnoyi povedinki Fermionnu abo bozonnu povedinku kompozitnoyi chastki chi sistemi mozhna pobachiti na velikih porivnyano z rozmirami sistemi vidstanyah Na vidstanyah de proyavlyayetsya tonka struktura kompozitnoyi chastki ostannya povoditsya vidpovidno do togo z yakih skladovih chastok vona stvorena Div takozh RedaguvatiBozon Statistika Fermi Diraka Teorema PauliPrimitki Redaguvati Fermi Dirac statistics Arhivovano 29 listopada 2021 u Wayback Machine angl a b fermi diraka statistika Arhivovano 23 lyutogo 2017 u Wayback Machine ros Antichasticy Arhiv originalu za 4 listopada 2021 Procitovano 4 listopada 2021 Antichasticy istoriya i ustrojstvo Arhivovano 4 listopada 2021 u Wayback Machine ros istinno nejtralnye chasticy Arhivovano 8 serpnya 2020 u Wayback Machine ros On Fermion Number and Its Conservation Arhiv originalu za 4 listopada 2021 Procitovano 4 listopada 2021 dejtron Arhivovano 23 chervnya 2020 u Wayback Machine ros A closer look at the elementary fermions Arhivovano 26 listopada 2018 u Wayback Machine angl The mystery of particle generations Arhivovano 12 kvitnya 2021 u Wayback Machine angl Equilibrium Statistics of Carriers angl Large polarons bipolarons and Boson Fermion model of superconductivity Arhivovano 7 chervnya 2018 u Wayback Machine angl Weyl Fermions Discovered After 85 Years Arhivovano 3 bereznya 2022 u Wayback Machine angl Long range ballistic transport of Brown Zak fermions in graphene superlattices Arhivovano 2 listopada 2021 u Wayback Machine angl Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Fermion amp oldid 40614671