페르미온
Fermion
입자물리학에서 페르미온(Permion)은 페르미-디락(Fermi-Dirac) 통계를 따르는 입자다.일반적으로 스핀 1/2, 스핀 3/2 등 반정수의 스핀이 있다.게다가 이러한 입자들은 파울리 배타 원리에 복종한다.페르미온들은 모든 쿼크와 렙톤 그리고 모든 바이론과 많은 원자들과 핵들과 같이 이것들의 홀수 숫자로 만들어진 모든 복합 입자들을 포함한다.페르미온은 보스-아인슈타인 통계에 따르는 보손과 다르다.
어떤 페르미온은 (전자와 같은) 기본 입자이고, 어떤 것은 복합 입자 (양자와 같은)이다.예를 들어 상대론적 양자장 이론의 스핀통계학적 정리에 따르면 정수 스핀을 가진 입자는 보손이다.반대로 반정수의 스핀을 가진 입자는 페르미온이다.
회전 특성 외에도 페르미온들은 보존된 바리온 또는 렙톤 양자수를 가지고 있다는 또 다른 특정한 특성을 가지고 있다.따라서 일반적으로 스핀-통계적 관계라고 하는 것은 사실상 스핀 통계량과 수량 수 관계다.[1]
파울리 배타 원리의 결과, 주어진 시간에 단 한 마리의 페르미온만이 특정 양자 상태를 차지할 수 있다.여러 페르미온의 공간 확률 분포가 동일하다고 가정합시다.그렇다면, 각각의 페르미온의 회전과 같은 적어도 하나의 성질은 달라야 한다.페르미온은 보통 물질과 연관되어 있는 반면, 보손은 일반적으로 힘 전달 입자다.그러나 현재 입자물리학의 상태에서는 두 개념의 구분이 불분명하다.약하게 상호작용하는 페르미온도 극한 조건하에서 보소닉 행동을 보일 수 있다.예를 들어, 저온에서 페르미온은 무충전 입자의 경우 초유체성을, 충전된 입자의 경우 초전도성을 나타낸다.
양성자와 중성자와 같은 복합 페르미온은 일상 물질의 주요 구성 요소다.
영국의 이론 물리학자 폴 디락은 이탈리아 물리학자 엔리코 페르미의 성에서 페르미온이라는 이름을 만들었다.[2]
초등 페르미온
| 입자물리학 표준모형 |
|---|
  |
스탠더드 모델은 쿼크와 렙톤이라는 두 가지 종류의 초등 페르미온을 인식한다.전체적으로 24개의 서로 다른 페르미온을 구별하는 모델이다.쿼크 6개(위, 아래, 이상한, 매력, 아래, 위)와 렙톤 6개(전자, 전자 중성미자, 뮤온, 뮤온 중성미자, 타우온 중성미자, 타우온 중성미자)가 있으며, 이들 각각에 해당하는 항정신병 약물도 함께 있다.
수학적으로 페르미온은 다음과 같은 세 가지 유형으로 나온다.
- Weyl Fermion(질량 없음),
- 디라크 페르미온(질량) 및
- Majorana 페르미온(각자 자체의 항정신병자).
대부분의 표준 모형 페르미온은 디라크 페르미온으로 믿어지고 있지만, 현재 중성미자가 디라크 페르미온인지 아니면 마요르나 페르미온인지(또는 둘 다)는 알려져 있지 않다.디라크 페르미온들은 두 개의 웨일 페르미온의 조합으로 취급될 수 있다.[3]: 106 2015년 7월, Weyl permion은 Weyl 세미메탈에서 실험적으로 실현되었다.
합성페르미온
합성 입자(하드론, 핵, 원자 등)는 그 성분에 따라 보손이나 페르미온이 될 수 있다.더 정확히 말하면, 스핀과 통계 사이의 관계 때문에, 홀수 수의 페르미온을 포함하는 입자는 그 자체로 페르미온이다.그것은 반정수의 스핀을 가질 것이다.
예를 들면 다음과 같다.
- 양성자나 중성자와 같은 바론은 페르미온 쿼크 3개를 포함하고 있어 페르미온이다.
- 탄소-13 원자의 핵은 6개의 양성자와 7개의 중성자를 포함하고 있으며 따라서 페르미온이다.
- 원자 헬륨-3(3He)는 2개의 양성자, 1개의 중성자, 2개의 전자로 이루어져 있으며, 따라서 페르미온이며, 또한 중수소 원자는 1개의 양성자, 1개의 중성자, 1개의 전자로 이루어져 있어 페르미온이기도 하다.
전위와 결합한 단순한 입자로 이루어진 합성 입자 내의 보손 수는 보손인지 페르미온인지에 영향을 미치지 않는다.
합성 입자(또는 시스템)의 페르미온 또는 보스닉 거동은 (계통의 크기에 비해) 큰 거리에서만 볼 수 있다.공간 구조가 중요해지기 시작하는 근접한 곳에서 복합 입자(또는 시스템)는 그 구성성분 구성에 따라 작용한다.
페르미온들은 쌍으로 느슨하게 묶였을 때 두상적인 행동을 보일 수 있다.이것이 초전도성과 헬륨-3의 초유동성의 기원이다: 초전도 물질에서는 전자가 음핵의 교환을 통해 상호 작용하여 쿠퍼 쌍을 형성하고 헬륨-3에서는 스핀 변동을 통해 쿠퍼 쌍을 형성한다.
분수 양자 홀 효과의 퀘이파르티클은 또한 복합 페르미온이라고도 알려져 있는데, 이것은 정량화된 vorticle의 짝수가 붙어 있는 전자다.
참고 항목
- Anyon, 2D Quasiparticles
- 치랄성(물리학), 왼손 및 오른손
- 페르미온 응축수
- 바일 세미메탈
- 페르미온장
- 동일입자
- 격자 페르미온의 일종인 코굿-수스킨드 페르미온
- Majorana Fermion, 각 항정신병자
- 패러스타틱스
- 가상의 입자인 스카이라미온
메모들
- ^ Weiner, Richard M. (4 March 2013). "Spin-statistics-quantum number connection and supersymmetry". Physical Review D. 87 (5): 055003–05. arXiv:1302.0969. Bibcode:2013PhRvD..87e5003W. doi:10.1103/physrevd.87.055003. ISSN 1550-7998. S2CID 118571314. Retrieved 28 March 2022.
- ^ 1945년 12월 6일, UKNATARCI Dirac Papers BW83/2/257889에서 Dirac의 "원자 이론의 발전" 강의에 대한 주.331페이지의 Graham Farmelo의 "The Streatest Man: The Hidden Life of the Atom, Paul Dirac, Mistic of the Atom"에서 노트 64를 참조하십시오.
- ^ T. Morii; C. S. Lim; S. N. Mukherjee (1 January 2004). The Physics of the Standard Model and Beyond. World Scientific. ISBN 978-981-279-560-1.
