Φερμιόνιο
Το φερμιόνιο είναι μια κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων. Είναι πολύ μικρά και πολύ ελαφριά. Τα φερμιόνια μπορούν να θεωρηθούν ως τα δομικά στοιχεία της ύλης, επειδή τα άτομα αποτελούνται από φερμιόνια. Ο Paul Dirac τα ονόμασε φερμιόνια προς τιμήν ενός διάσημου επιστήμονα που ονομαζόταν Enrico Fermi.
Ένα ηλεκτρόνιο (ένα φορτισμένο σωματίδιο) είναι φερμιόνιο, αλλά ένα φωτόνιο (το σωματίδιο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) δεν είναι. Οι αριθμοί σπιν των φερμιονίων είναι 1/2, 3/2, 5/2 κ.λπ. Επειδή το σπιν τους δεν είναι ακέραιος αριθμός, ακολουθούν την αρχή αποκλεισμού του Pauli: δύο φερμιόνια δεν μπορούν να μοιραστούν μια κβαντική κατάσταση (η οποία περιλαμβάνει τη θέση τους στο χώρο), αν έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς, όπως το σπιν. Με άλλα λόγια, τα φερμιόνια μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους. Αυτή η συμπεριφορά δεν ισχύει στην άλλη κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζονται μποζόνια: μπορείτε να έχετε πολλά μποζόνια, για παράδειγμα φωτόνια, στο ίδιο μέρος την ίδια στιγμή. Η κίνηση των φερμιονίων ακολουθεί τη στατιστική Fermi-Dirac.
Τα περισσότερα γνωστά φερμιόνια έχουν σπιν 1/2. Ένα παράδειγμα ενός τύπου φερμιονίου με σπιν 1/2 είναι το ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο ανήκει σε μια ομάδα φερμιονίων που ονομάζονται λεπτόνια.
Τα θεμελιώδη φερμιόνια (φερμιόνια που δεν αποτελούνται από τίποτα άλλο) είναι είτε κουάρκ είτε λεπτόνια. Υπάρχουν 6 διαφορετικοί τύποι κουάρκ (που ονομάζονται "γεύσεις") και 6 διαφορετικοί τύποι λεπτονίων. Αυτά είναι τα ονόματά τους:
- Κουάρκ - πάνω, κάτω, γοητευτικά, παράξενα, πάνω, κάτω
- Λεπτόνια - ηλεκτρόνιο, μιόνιο, ταυ, νετρίνο ηλεκτρονίου, νετρίνο μιονίου, νετρίνο ταυ
Κάθε ένα από αυτά τα φερμιόνια έχει επίσης ένα αντισωματίδιο που συνδέεται με αυτό, έτσι υπάρχουν συνολικά 24 διαφορετικά θεμελιώδη φερμιόνια. Το αντισωματίδιο είναι παρόμοιο με το αρχικό σωματίδιο, αλλά με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Τα "up", "charm" και "top" κουάρκ έχουν ηλεκτρικό φορτίο +2/3. Τα αντισωματίδιά τους έχουν φορτίο -2/3 (anti-up, anti-charm, anti-top). Τα άλλα τρία κουάρκ (down, strange και bottom) έχουν φορτίο -1/3 και τα αντισωματίδιά τους έχουν φορτίο +1/3. Τα λεπτόνια ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ έχουν φορτίο -1, και τα αντισωματίδιά τους (αντι-ηλεκτρόνιο ή "ποζιτρόνιο", αντι-μιόνιο, αντι-ταυ) έχουν φορτίο +1. Όλα τα νετρίνα και τα αντι-νετρίνα έχουν φορτίο 0. Η κύρια διαφορά μεταξύ κουάρκ ή λεπτονίων με το ίδιο φορτίο είναι η μάζα τους.
Το υπερσυμμετρικό αντίστοιχο οποιουδήποτε φερμιονίου ονομάζεται "σφερμιόνιο".
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ένα φερμιόνιο;
A: Ένα φερμιόνιο είναι μια κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων που είναι πολύ μικρά και ελαφριά. Μπορούν να θεωρηθούν ως τα δομικά στοιχεία της ύλης, επειδή τα άτομα αποτελούνται από αυτά.
Ε: Ποιος τα ονόμασε φερμιόνια;
Α: Ο Paul Dirac τα ονόμασε φερμιόνια προς τιμήν του διάσημου επιστήμονα Enrico Fermi.
Ερ: Το ηλεκτρόνιο είναι φερμιόνιο;
Α: Ναι, ένα ηλεκτρόνιο (φορτισμένο σωματίδιο) είναι ένας τύπος φερμιονίου.
Ερ: Μπορούν δύο φερμιόνια να μοιράζονται την ίδια κβαντική κατάσταση;
Α: Όχι, επειδή ο αριθμός σπιν τους δεν είναι ακέραιος αριθμός, ακολουθείται η αρχή αποκλεισμού του Pauli, η οποία ορίζει ότι δύο φερμιόνια δεν μπορούν να μοιραστούν την ίδια κβαντική κατάσταση αν έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς, όπως το σπιν.
Ερ: Πόσα διαφορετικά θεμελιώδη φερμιόνια υπάρχουν;
Α: Υπάρχουν 24 διαφορετικά θεμελιώδη φερμιόνια - 6 κουάρκ και 6 λεπτόνια συν τα αντίστοιχα αντισωματίδια τους.
Ερ: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ κουάρκ ή λεπτονίων με το ίδιο φορτίο;
Α: Η κύρια διαφορά μεταξύ κουάρκ ή λεπτονίων με το ίδιο φορτίο είναι η μάζα τους.
Ερ: Τι είναι το σφερμιόνιο; Α:Το υπερσυμμετρικό αντίστοιχο οποιουδήποτε φερμιονίου ονομάζεται "σφερμιον".
