Definição de Fermion em Física

Na física de partículas, um férmion é um tipo de partícula que obedece às regras das estatísticas de Fermi-Dirac, a saber: Princípio de exclusão de Pauli. Esses férmions também têm um rotação quântica com contém um valor meio inteiro, como 1/2, -1/2, -3/2 e assim por diante. (Em comparação, existem outros tipos de partículas, chamados bósons, que têm um giro inteiro, como 0, 1, -1, -2, 2 etc.)

Os férmions às vezes são chamados de partículas de matéria, porque são as partículas que compõem a maior parte do que pensamos ser matéria física em nosso mundo, incluindo prótons, nêutrons e elétrons.

Os férmions foram previstos pela primeira vez em 1925 pelo físico Wolfgang Pauli, que tentava descobrir como explicar a estrutura atômica proposta em 1922 por Niels Bohr. Bohr utilizou evidências experimentais para construir um modelo atômico que continha invólucros de elétrons, criando órbitas estáveis ​​para os elétrons se moverem ao redor do núcleo atômico. Embora isso combinasse bem com as evidências, não havia nenhuma razão específica para que essa estrutura fosse estável e essa é a explicação que Pauli estava tentando alcançar. Ele percebeu que se você atribuísse números quânticos (mais tarde chamados

Em 1926, Enrico Fermi e Paul Dirac tentaram, de forma independente, entender outros aspectos da comportamento aparentemente eletrônico contraditório e, ao fazê-lo, estabeleceu uma maneira estatística mais completa de lidando com elétrons. Embora Fermi tenha desenvolvido o sistema primeiro, eles estavam próximos o suficiente e ambos fizeram bastante trabalho que a posteridade apelidaram seu método estatístico de estatística Fermi-Dirac, apesar de as próprias partículas terem o nome de Fermi ele mesmo.

O fato de que os férmions não podem entrar em colapso no mesmo estado - novamente, esse é o significado último do Princípio de Exclusão de Pauli - é muito importante. Os férmions dentro do Sol (e todas as outras estrelas) estão entrando em colapso sob a intensa força da gravidade, mas não podem entrar em colapso completo por causa do Princípio de Exclusão de Pauli. Como resultado, há uma pressão gerada que empurra o colapso gravitacional da matéria da estrela. É essa pressão que gera o calor solar que alimenta não apenas o nosso planeta, mas muita energia no resto do nosso universo... incluindo a própria formação de elementos pesados, como descrito por nucleossíntese estelar.

Há um total de 12 férmions fundamentais - férmions que não são compostos de partículas menores - que foram identificados experimentalmente. Eles se enquadram em duas categorias:

• Quarks - Quarks são as partículas que compõem os hádrons, como prótons e nêutrons. Existem 6 tipos distintos de quarks:
  • • Up Quark
  • Charme Quark
  • Top Quark
  • Down Quark
  • Quark estranho
  • Quark inferior
• Leptons - Existem 6 tipos de leptões:
  • • Elétron
  • Elétron Neutrino
  • Muon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Além dessas partículas, a teoria da supersimetria prevê que todo bóson teria uma contraparte fermiônica até então não detectada. Como existem 4 a 6 bósons fundamentais, isso sugere que - se a supersimetria for verdadeira - há outros 4 a 6 férmions fundamentais que ainda não foram detectados, presumivelmente porque são altamente instáveis ​​e se deterioraram em outros formulários.

Além dos férmions fundamentais, outra classe de férmions pode ser criada pela combinação de férmions (possivelmente junto com os bósons) para obter uma partícula resultante com um spin meio inteiro. As rotações quânticas se somam, portanto, algumas matemáticas básicas mostram que qualquer partícula que contém um número ímpar número de férmions vai acabar com um spin meio inteiro e, portanto, será um férmion em si. Alguns exemplos incluem:

• Baryons - São partículas, como prótons e nêutrons, compostas por três quarks unidos. Como cada quark possui um spin meio inteiro, o bárion resultante sempre terá um spin meio inteiro, independentemente dos três tipos de quarks que se juntam para formar o mesmo.
• Hélio-3 - Contém 2 prótons e 1 nêutron no núcleo, juntamente com 2 elétrons em seu redor. Como existe um número ímpar de férmions, o spin resultante é um valor meio inteiro. Isso significa que o hélio-3 também é um férmion.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph. D.