فرمیون

*Ghazale* · 27/8/18

فرمیون

در فیزیک ذرات، فرمیون (نامی که توسط پل دیراک با الهام گرفتن از نام خانوادگی انریکو فرمی ابداع شد) به ذره‌ای گفته می‌شود که توسط آمار فرمی-دیراک مشخص شود. مهم‌ترین ویژگی این ذرات پیروی از اصل طرد پاولی است. فرمیون‌ها همهٔ کوارک‌ها و لپتون‌ها و هر ذره مرکبی که از ترکیب تعداد فردی از این‌ها تشکیل شود (مانند باریون‌ها و اتمها و هسته‌های اتمی) را شامل می‌شوند. تفاوت فرمیون با بوزون در این است که بوزون‌ها از آمار بوز-اینشتین پیروی می‌کنند.

*Ghazale* · 27/8/18

یک فرمیون ممکن است یک ذره بنیادی باشد، مانند الکترون یا ممکن است که یک ذرهٔ مرکب باشد مانند پروتون. طبق قضیه اسپین-آمار، ذرات با اسپین صحیح بوزون هستند و ذراتی با اسپین نیمه‌صحیح فرمیون‌های نوترون هستند. در قضیه اسپین - آمار، نشان داده می‌شود که یک تابع موج، با تعویض جای دو فرمیون همسان، منفی می‌شود. البته در سیستم‌های بوزونی، با جابه جایی دو بوزون، تابع موج هیچ تغییری نمی‌کند.

علاوه بر این ویژگیِ اسپین، فرمیون‌ها یک ویژگی خاص دیگر دارند: اعداد کوانتومی باریون یا لپتونی پایسته دارند؛ بنابراین آنچه از آن به رابـ*ـطهٔ اسپین آمار یاد می‌شود، در واقع یک رابـ*ـطهٔ اسپین آمار-عدد کوانتومی است.

*Ghazale* · 27/8/18

علاوه بر این ویژگیِ اسپین، فرمیون‌ها یک ویژگی خاص دیگر دارند: اعداد کوانتومی باریون یا لپتونی پایسته دارند؛ بنابراین آنچه از آن به رابـ*ـطهٔ اسپین آمار یاد می‌شود، در واقع یک رابـ*ـطهٔ اسپین آمار-عدد کوانتومی است.

در نتیجه اصل طرد پائولی، در یک لحظهٔ معین، تنها یک فرمیون می‌تواند یک حالت کوانتومی خاص را اشغال کند. بدین معنی که اگر چند فرمیون توزیع احتمال فضایی یکسانی داشته باشند، حداقل یک ویژگی هر فرمیون، مانند اسپین باید با سایرین متفاوت باشد. فرمیون‌ها را معمولاً به ماده نسبت می‌دهند در حالی که بوزون‌ها معمولاً حامل نیرو هستند، اگرچه که در وضعیت کنونی فیزیک ذرات، تمایز میان این دو مفهوم روشن نیست. در دماهای پایین فرمیون‌ها، در ذرات بدون بار ابرشارگی، و در ذرات باردار، ابررسانایی از خود نشان می‌دهند. فرمیون‌ها مرکب مانند پروتون و نوترون سنگ بنای ماده معمولی هستند.

*Ghazale* · 27/8/18

در مدل استاندارد، دو گونه فرمیون بنیادی وجود دارد: کوارک‌ها و لپتون‌ها. در کل ۲۴ فرمیون متفاوت وجود دارد: ۶ کوارک و ۶ لپتون، که هر کدام با پاد ذرهٔ متناظرش همراه است.

۱۲ کوارک:
۶ ذره (u • d • s • c • b • t) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر (u • d • s • c • b • t)
۱۲ لپتون:
۶ ذره (e− • μ− • τ− • νe • νμ • ντ) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر (e+ • μ+ • τ+ • νe • νμ • ντ)

*Ghazale* · 27/8/18

تعریف و ویژگی‌های اساسی

طبق تعریف، فرمیون‌ها ذراتی هستند که از آمار فرمی-دیراک تبعیت می‌کنند. ذراتی که بـ*ـو*سیلهٔ آمار فرمی-دیراک توصیف می‌شوند، از اصل طرد پاؤلی پیروی می‌کنند. به این معنی که تمایل ندارند در کنار هم قرار بگیرند، یعنی فرمیون‌ها منزوی هستند و هیچ دو فرمیونی نمی‌تواند در یک لحظهٔ معین، یک حالت کوانتومی را اشغال کنند. این ذرات طبق اصل طرد پائولی هنگامی که در یک حالت کوانتومی قرار می‌گیرند همدیگر را دفع می‌کنند و اگر ذره‌ای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می‌شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد. این امر، باعث سختی و استحکام حالت‌هایی می‌شود که شامل فرمیون هستند (هسته، اتم‌ها، مولکول‌ها و…)؛ بنابراین گاهی اوقات گفته می‌شود که فرمیون‌ها بخش اصلی ماده هستند، در حالی که بوزون‌ها ذراتی هستند که فعل و انفعالات را انتقال می‌دهند (حاملان نیرو) یا بخش اصلی تشعشعاتند. میدان‌های کوانتومی فرمیون‌ها، که میدان‌های فرمیونیک (fermionic fields) نامیده می‌شوند از روابط تبدیل متعارفی و استاندارد، پیروی می‌کنند.

*Ghazale* · 27/8/18

اصل طرد پاولی درمورد فرمیون‌ها و استحکام ناشی از آن در ماده، منجر می‌شود به پایداری لایه‌های الکترون و ترکیب اتم‌ها و بنابراین ساخت ترکیبات شیمی ممکن می‌شود. همچنین دلیلی است برای فشار داخلی مادهٔ تبهگن که تا حد زیادی حالت تعادل کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی را برقرار می‌کند.

*Ghazale* · 27/8/18

تمام ذرات بنیادی دارای یک خصوصیت کوانتوم مکانیکی‌اند که می‌توان تقریباً آن را چرخش فرض کرد. فرمیون‌ها (الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها) دارای چرخش‌هایی هستند که مضارب نیمه صحیح‌اند؛ بدین معنا که اگر بخواهیم با استعاره صحبت کنیم باید بگوئیم که لازم است دو دور کامل بچرخند تا به وضعیت ابتدایی خویش بازگردند. بوزون‌ها (مثلاً فوتون‌ها) دارای چرخش‌هایی با مضرب صحیح (۰ ۱، ۲، و غیره) هستند.

در سیستم‌های بزرگ، تفاوت بین آمار بوزونی و فرمیونی تنها در چگالی‌های بالا وقتی در تابع‌های موج، همپوشانی وجود داشته باشد، ظاهر می‌شود. در چگالی‌های پایین، هر دو آمار با تقریب خوبی توسط قاعدهٔ آماری ماکسول – بولتزمن جواب می‌دهند که توسط مکانیک کلاسیک بیان می‌شود.

*Ghazale* · 27/8/18

انواع فرمیون

فرمیون‌ها شامل دو بخش اصلی شناخته شده هستند:

کوارک

لپتون

*Ghazale* · 27/8/18

کوارک

کوارک یک ذرهٔ بنیادی و جزء اساسی تشکیل دهندهٔ ماده می‌باشد. کوارک‌ها با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون (hadron) را به وجود آورند، پروتون و نوترون یکی از معروف‌ترین آن‌ها هستند. آن‌ها تنها ذرات بنیادی برای آزمایش همهٔ چهار برهم کنش اساسی یا نیروهای اساسی در مدل استاندارد می‌باشند. به خاطر پدیده‌ای که به تحدید رنگ معروف است، کوارک‌ها هیچ‌گاه به صورت انفرادی یافت نمی‌شوند؛ آن‌ها را فقط می‌توان درون هادرون‌ها پیدا کرد. به همین دلیل بیشتر آنچه که ما دربارهٔ کوارک‌ها می‌دانیم از مشاهده خود هاردون‌ها به دست آمده‌است.

*Ghazale* · 27/8/18

شش نوع مختلف از کوارک‌ها وجود دارد که به طعم (flavor) شهرت دارند:

بالا (up)
پایین (down)
افسون (charm)
شگفت (strange)
سر (top)
ته (bottom)
بالا و پایین دارای کمترین وزن در بین کوارک‌ها می‌باشند.

خوش آمدید به رمان ۹۸ | بهترین انجمن رمان نویسی

ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

مدير بازنشسته

ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید

درباره ما

لینک‌های پیشنهادی رمان ۹۸

آمار آنلاین