Definisi Fermion dalam Fisika

Dalam fisika partikel, a fermion adalah jenis partikel yang mematuhi aturan statistik Fermi-Dirac, yaitu Prinsip Pengecualian Pauli. Fermion ini juga memiliki spin kuantum dengan berisi nilai setengah bilangan bulat, seperti 1/2, -1/2, -3/2, dan sebagainya. (Sebagai perbandingan, ada jenis partikel lain, yang disebut boson, yang memiliki putaran bilangan bulat, seperti 0, 1, -1, -2, 2, dll.)

Fermion kadang-kadang disebut partikel materi, karena mereka adalah partikel yang membentuk sebagian besar dari apa yang kita pikirkan sebagai materi fisik di dunia kita, termasuk proton, neutron, dan elektron.

Fermion pertama kali diprediksi pada tahun 1925 oleh fisikawan Wolfgang Pauli, yang mencoba mencari cara untuk menjelaskan struktur atom yang diusulkan pada tahun 1922 oleh Niels Bohr. Bohr telah menggunakan bukti eksperimental untuk membangun model atom yang berisi kulit elektron, menciptakan orbit stabil bagi elektron untuk bergerak di sekitar inti atom. Meskipun ini cocok dengan bukti, tidak ada alasan khusus mengapa struktur ini akan stabil dan itulah penjelasan yang coba dijangkau oleh Pauli. Dia menyadari bahwa jika Anda menetapkan nomor kuantum (yang kemudian dinamai

Pada tahun 1926, Enrico Fermi dan Paul Dirac secara independen mencoba memahami aspek lain dari perilaku elektron yang tampaknya kontradiktif dan, dalam melakukannya, menetapkan cara statistik yang lebih lengkap berurusan dengan elektron. Meskipun Fermi mengembangkan sistem terlebih dahulu, mereka cukup dekat dan keduanya melakukan cukup banyak pekerjaan yang dimiliki keturunan dijuluki metode statistik mereka statistik Fermi-Dirac, meskipun partikel itu sendiri dinamai Fermi diri.

Fakta bahwa fermion tidak dapat semuanya runtuh ke dalam kondisi yang sama - sekali lagi, itulah makna utama dari Prinsip Pengecualian Pauli - sangat penting. Fermion di dalam matahari (dan semua bintang lainnya) runtuh bersama di bawah gaya gravitasi yang kuat, tetapi mereka tidak dapat sepenuhnya runtuh karena Prinsip Pengecualian Pauli. Akibatnya, ada tekanan yang dihasilkan yang mendorong keruntuhan gravitasi materi bintang. Tekanan inilah yang menghasilkan panas matahari yang mendorong tidak hanya planet kita tetapi juga energi di seluruh alam semesta kita... termasuk pembentukan unsur-unsur berat, seperti yang dijelaskan oleh nukleosintesis bintang.

Ada total 12 fermion mendasar - fermion yang tidak terbuat dari partikel yang lebih kecil - yang telah diidentifikasi secara eksperimental. Mereka terbagi dalam dua kategori:

• Quark - Quark adalah partikel yang membentuk hadron, seperti proton dan neutron. Ada 6 jenis quark yang berbeda:
  • • Naik Quark
  • Charm Quark
  • Quark Atas
  • Down Quark
  • Quark Aneh
  • Bawah Quark
• Lepton - Ada 6 jenis lepton:
  • • Elektron
  • Elektron Neutrino
  • Muon
  • Muon Neutrino
  • Tau
  • Tau Neutrino

Selain partikel-partikel ini, teori supersimetri memperkirakan bahwa setiap boson akan memiliki mitra fermionik yang sejauh ini tidak terdeteksi. Karena ada 4 hingga 6 boson fundamental, ini akan menyarankan bahwa - jika supersimetri benar - ada 4 hingga 6 lainnya fermion mendasar yang belum terdeteksi, mungkin karena mereka sangat tidak stabil dan telah membusuk menjadi lainnya formulir.

Di luar fermion fundamental, kelas fermion lain dapat dibuat dengan menggabungkan fermion bersama-sama (mungkin bersama boson) untuk mendapatkan partikel yang dihasilkan dengan putaran setengah bilangan bulat. Kuantitas berputar bertambah, sehingga beberapa matematika dasar menunjukkan bahwa setiap partikel yang mengandung ganjil jumlah fermion akan berakhir dengan putaran setengah bilangan bulat dan, oleh karena itu, akan menjadi fermion diri. Beberapa contoh termasuk:

• Baryons - Ini adalah partikel, seperti proton dan neutron, yang terdiri dari tiga quark yang bergabung bersama. Karena setiap quark memiliki putaran setengah bilangan bulat, baryon yang dihasilkan akan selalu memiliki putaran setengah bilangan bulat, tidak peduli ketiga jenis quark bergabung bersama untuk membentuknya.
• Helium-3 - Berisi 2 proton dan 1 neutron di dalam nukleus, bersama dengan 2 elektron yang mengelilinginya. Karena ada jumlah fermion ganjil, putaran yang dihasilkan adalah nilai setengah bilangan bulat. Ini berarti bahwa helium-3 adalah fermion juga.

Diedit oleh Anne Marie Helmenstine, Ph. D.