भौतिकी में फर्मियन की परिभाषा

कण भौतिकी में, ए fermion एक प्रकार का कण है जो फर्मि-डिराक आंकड़ों के नियमों का पालन करता है, अर्थात् पाउली अपवर्जन सिद्धांत. इन उपदेशों में भी एक है क्वांटम स्पिन के साथ आधा-पूर्णांक मान होता है, जैसे कि 1/2, -1/2, -3/2, और इसी तरह। (तुलना करके, अन्य प्रकार के कण होते हैं, जिन्हें कहा जाता है बोसॉन, जिसमें एक पूर्णांक स्पिन है, जैसे 0, 1, -1, -2, 2, आदि।

Fermions को कभी-कभी पदार्थ कण कहा जाता है, क्योंकि वे कण हैं जो हम अपनी दुनिया में भौतिक पदार्थों के बारे में सोचते हैं, जिनमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन शामिल हैं।

पहली बार 1925 में भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, जो यह पता लगाने की कोशिश कर रहे थे कि 1922 में प्रस्तावित परमाणु संरचना की व्याख्या कैसे की जाए? नील्स बोह्र. बोह्र ने परमाणु मॉडल बनाने के लिए प्रायोगिक साक्ष्य का उपयोग किया था जिसमें इलेक्ट्रॉन के गोले थे, जो इलेक्ट्रॉनों के लिए स्थिर कक्षाओं का निर्माण करते हुए परमाणु नाभिक के चारों ओर घूमते थे। यद्यपि यह साक्ष्य के साथ अच्छी तरह से मेल खाता था, लेकिन कोई विशेष कारण नहीं था कि यह संरचना स्थिर क्यों होगी और यही स्पष्टीकरण है कि पाउली पहुंचने की कोशिश कर रहा था। उन्होंने महसूस किया कि यदि आपने क्वांटम संख्याएँ (बाद में नामित की हैं)

1926 में, एनरिको फर्मी और पॉल डिराक ने स्वतंत्र रूप से अन्य पहलुओं को समझने की कोशिश की प्रतीत होता है-विरोधाभासी इलेक्ट्रॉन व्यवहार और, ऐसा करने में, का एक अधिक संपूर्ण सांख्यिकीय तरीका स्थापित किया इलेक्ट्रॉनों के साथ काम करना। हालांकि फर्मी ने पहले प्रणाली विकसित की थी, वे काफी करीब थे और दोनों ने पर्याप्त कार्य किया जो कि पश्चात की स्थिति है उनकी सांख्यिकीय विधि फर्मी-डिराक आंकड़ों को डब किया गया था, हालांकि कणों को स्वयं फर्मी के नाम पर रखा गया था खुद को।

तथ्य यह है कि fermions सभी एक ही स्थिति में नहीं गिर सकते हैं - फिर से, यह पाउली अपवर्जन सिद्धांत का अंतिम अर्थ है - बहुत महत्वपूर्ण है। सूर्य के भीतर (और अन्य सभी तारे) गुरुत्वाकर्षण के तीव्र बल के साथ एक साथ ढह रहे हैं, लेकिन पाउली अपवर्जन सिद्धांत के कारण वे पूरी तरह से नहीं गिर सकते हैं। नतीजतन, एक दबाव उत्पन्न होता है जो तारे के द्रव्य के गुरुत्वाकर्षण के ढहने के खिलाफ होता है। यह वह दबाव है जो सौर ऊष्मा उत्पन्न करता है जो न केवल हमारे ग्रह को बल्कि हमारे ब्रह्माण्ड के बाकी हिस्सों में ऊर्जा का इतना भाग बनाता है... द्वारा वर्णित के रूप में भारी तत्वों के गठन, सहित तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस.

कुल 12 मौलिक फ़र्मियन हैं - फ़र्मियन जो छोटे कणों से नहीं बने हैं - जिन्हें प्रयोगात्मक रूप से पहचाना गया है। वे दो श्रेणियों में आते हैं:

• क्वार्क - क्वार्क्स वे कण होते हैं जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे हैड्रोन बनाते हैं। 6 अलग-अलग प्रकार के क्वार्क हैं:
  • • क्वार्क तक
  • आकर्षण क्वार्क
  • शीर्ष क्वार्क
  • डाउन क्वार्क
  • अजीब क्वार्क
  • नीचे का क्वार्क
• लेप्टॉन - लेप्टान 6 प्रकार के होते हैं:
  • • इलेक्ट्रॉन
  • इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो
  • muon
  • मुऑन न्यूट्रिनो
  • ताउ
  • ताऊ न्यूट्रिनो

इन कणों के अलावा, सुपरसिमेट्री का सिद्धांत यह भविष्यवाणी करता है कि प्रत्येक बोसोन में एक दूर-दूर का अनिर्धारित फर्मीओनिक समकक्ष होगा। चूँकि 4 से 6 मूलभूत बोसॉन हैं, यह सुझाव देगा कि - यदि सुपरसिमेट्री सत्य है - एक और 4 से 6 हैं मूलभूत रूप से जो अभी तक पता नहीं चला है, संभवत: क्योंकि वे अत्यधिक अस्थिर हैं और दूसरे में क्षय हो गए हैं रूपों।

मौलिक फ़र्मेशन से परे, अर्ध-पूर्णांक स्पिन के साथ परिणामी कण प्राप्त करने के लिए (संभवतः बोसॉन के साथ) एक साथ फ़र्मियन के संयोजन से फ़र्मियन का एक और वर्ग बनाया जा सकता है। क्वांटम स्पिन्स जोड़ते हैं, इसलिए कुछ बुनियादी गणित से पता चलता है कि किसी भी कण में एक विषम होता है अर्ध-पूर्णांक स्पिन के साथ संख्याओं की संख्या समाप्त होती जा रही है और इसलिए, एक फर्मियन होगा अपने आप। कुछ उदाहरणों में शामिल हैं:

• बेरियान कणिकाओं - ये कण हैं, जैसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जो तीन क्वार्क से मिलकर बने होते हैं। चूंकि प्रत्येक क्वार्क में एक आधा-पूर्णांक स्पिन होता है, जिसके परिणामस्वरूप बैरिन के पास हमेशा एक आधा-पूर्णांक स्पिन होता है, कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्वार्क के तीन प्रकार एक साथ मिलकर इसे बनाते हैं।
• हीलियम -3 - नाभिक में 2 प्रोटॉन और 1 न्यूट्रॉन होते हैं, साथ ही 2 इलेक्ट्रॉनों इसे चक्कर लगाते हैं। चूंकि विषम संख्या में फ़र्म है, परिणामस्वरूप स्पिन आधा-पूर्णांक मान है। इसका मतलब यह है कि हीलियम -3 भी एक फर्मियन है।

द्वारा संपादित ऐनी मैरी हेल्मेनस्टाइन, पीएचडी।