Fermioni

Fermionit ovat hiukkasia, joiden spin on puoliluku. Tavallinen aine koostuu fermioneista. Ryhmä on nimetty Enrico Fermin mukaan. Fermionit noudattavat Fermin-Diracin statistiikan mukaista käyttäytymistä. Tämä tarkoittaa sitä, että kaksi samanlaista fermionia ei voi olla täsmälleen samassa kvanttitilassa (ns. Paulin kieltosääntö). Mikäli systeemin energiatilat ovat kvantittuneet, joutuvat fermionit miehittämään energiatiloja alhaalta lähtien. Tämä aiheuttaa sisäisen paineen, jonka takia aine ei luhistu kokoon. Tästä johtuvat aineen ominaisuudet kuten tilavuus ja kovuus.

Kaikki alkeishiukkaset ovat joko fermioneja tai bosoneja. Bosoneja, kuten fotoneja, Paulin kieltosääntö ei koske, vaan niitä voi olla useita samassa kvanttitilassa, minkä vuoksi niihin sovelletaan Bosen–Einsteinin statistiikkaa.

Fermionien luokittelu

Fermioneihin kuuluvat

• leptonit, esimerkkeinä elektroni ja neutriino
• kvarkit, esimerkkeinä ylös-kvarkki, alas-kvarkki, antiylös-kvarkki ja antialas-kvarkki
• baryonit, esimerkkeinä protoni ja neutroni
• pentakvarkit
• heptakvarkit

Näistä leptonit ja kvarkit ovat hiukkasfysiikan standardimallin mukaan alkeishiukkasia, kun taas baryonit koostuvat kolmesta kvarkista ollen yhdistelmähiukkasia. Fermioneista jotka ovat alkeishiukkasia voidaan käyttää nimitystä alkeisfermioni (engl. elementary fermion) erotuksena yhdistelmäfermioneista. Alkeisfermioneja ovat siis leptonit ja kvarkit, kun taas baryonit, pentakvarkit ja heptakvarkit ovat yhdistelmäfermioneja.

On huomattava että kvarkeista jotka ovat fermioneja (eli hiukkasen spin on puoliluku) voi muodostua kolmen kvarkin ryhmien eli baryonien lisäksi myös yhdestä kvarkista ja yhdestä antikvarkista koostuvia mesoneja, mutta mesonit eivät kuulu fermioneihin vaan bosoneihin (eli hiukkasiin joiden spin on kokonaisluku). Matemaattisesti voidaan todeta että fermioneista muodostuvat hiukkaset ovat bosoneita jos yhdistelmähiukkanen koostuu parillisesta määrästä fermioneja.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Fermioni Wikimedia Commonsissa

Hiukkaset fysiikassa