什么是费米子

什么是费米子,第1张

费米子(fermion):自旋为半整数的粒子。比如电子、质子、中子等以及其反粒子。它们符合泡利不相容原理,以及费米-狄拉克统计:

由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,Ni=gi/(e^(α+βεi)+1)

。α为拉格朗日乘子、β=1/(kT),有体系温度,粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量,gi为能级的简并度。

费米子,得名于意大利物理学家费米.

玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理,在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。

玻色子包括:.

胶子

-

强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种

光子

-

电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述:构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)。在这样的一个量子世界里,所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性:质量、能量、磁矩和自旋。

这四种属性当中,自旋的属性是最重要的,它把不同将粒子王国分成截然不同的两类,就好像这个世界上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大。粒子的自旋不像地球自转那样是连续的,而是是一跳一跳地旋转着的。根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。

这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。

基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。

费米子:费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。

费米子得名于意大利物理学家费米,遵从泡利不相容原理[3]  。根据标准理论,费米子均是由一批基本费米子组成的,而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。

基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。而这 2 类基本费米子,又分为合共 24 种味 (flavour):12 种夸克:包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的 6 种反粒子。 12 种轻子:包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ,及对应的 6 种反粒子,包括 3 种反中微子。中子、质子:都是由三种夸克组成,自旋为1/2。夸克:上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲(càn)夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的 6 种反粒子。

在一组由全同粒子组成的体系中,如果在体系的一个量子态(即由一套量子数所确定的微观状态)上只容许容纳一个粒子,这种粒子称为费米子。费米子所遵循的统计法称为费米统计法。费米统计法的分布函数为式中n(ε)为体系在温度T达热平衡时处于能态ε的粒子数;α为温度和粒子总数的函数。奇数个核子组成的原子核(因为中子、质子都是费米子,故奇数个核子组成的原子核自旋是半整数。)由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,Ni=gi/(e^(α+βεi)+1) 。α为拉格朗日乘子、β=1/(kT),有体系温度,粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量,gi为能级的简并度。

在一组用相同粒子组成的体系当中,假如这个体系中的一个量子态中只能容纳一个粒子,这个粒子就是费米子,在1937年的时候由物理学家恩利克·费米首次提出,2004年国际知名联合研究小组发现了物质的第六种形态,也就是费米子凝聚态,费米子还可以转化成为玻色子,本站带大家一起了解下。

费米子是什么?

在一组用相同粒子组成的体系当中,假如这个体系中的一个量子态中只能容纳一个粒子,这个粒子就被称之为费米子,两个以上的费米子是不可能出现在相同的量子态中的。

在1937年的时候,量子力学突然兴起,而有一位著名的物理学家提出了这个特别粒子的概念,后来经过漫长的研究,最终确认费米子确实是存在的,这对于量子力学来说是比较伟大的发现了有着比较重要的意义。

费米子的提出者

恩利克·费米出生于1901年,他是比较有名的物理学家,同时也曾经获得过物理的诺贝尔奖。他不管是理论还是在实验方面都有自己的独到之处,这也是现代所有物理学家中比较厉害的人物。

费米子的作用和基本性质

2004年国际知名联合研究小组发现了物质的第六种形态,也就是费米子凝聚态。这算是给人们更好了解物质世界提供了新思路,也有比较重要的意义,即将成为相当重要的科技成果。

每个费米子都是单独存在的,不可能拥有相同的量子态,它的凝聚一直都被认为是不可能的。但是物理学家发现了一个号办法,他们将费米子转化成为玻色子,这也为更好研究创造费米子凝聚态提供了条件。

费米子被延伸发展到很多方面,比如重费米子体系、费米气体模型之类的都是新的研究方向,当然科学是没有止境的。


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