Фермион

Фермион
Состав	может быть как фундаментальной частицей, так и составной (в т.ч. квазичастицей)
Классификация	для фундаментальных фермионов: лептоны. Для элементарных частиц: лептоны и барионы
Участвует во взаимодействиях	Гравитационное, слабое [1] (общее для всех)
В честь кого или чего названа	Энрико Ферми
Квантовые числа
Спин	Полуцелый ħ
Медиафайлы на Викискладе

Фермио́н — частица или квазичастица с полуцелым значением спина (то есть равным ${\displaystyle (n+1/2)\hbar }$, где ${\displaystyle n}$ — целое число, а ${\displaystyle \hbar }$ — приведённая постоянная Планка^[2]). Все частицы можно разделить на две группы, в зависимости от значения их спина: частицы с целым спином относятся к бозонам, с полуцелым — к фермионам.

Примеры фермионов:

. Фермионами являются также квантовомеханические системы, состоящие из нечётного числа фермионов (и произвольного числа бозонов).

Фермионы подчиняются

.

Фермионы, в отличие от бозонов, подчиняются статистике Ферми — Дирака: в одном квантовом состоянии может находиться не более одной частицы (принцип Паули).

Принцип запрета Паули ответственен за устойчивость электронных оболочек атомов, делая возможным существование сложных химических элементов. Он также позволяет существовать вырожденной материи под действием высоких давлений (нейтронные звёзды).

Волновая функция системы одинаковых фермионов антисимметрична относительно перестановки двух любых фермионов.

Квантовая система, состоящая из нечётного числа фермионов, сама является фермионом. Например,

(три протона, четыре нейтрона, три электрона) является бозоном. Для нейтральных атомов число электронов совпадает с числом протонов, то есть сумма числа электронов и протонов всегда чётна, поэтому фактически классификация нейтрального атома как бозона/фермиона определяется чётным/нечётным числом нейтронов в его ядре.

Все известные на данный момент фермионы, являющиеся

, атомные ядра, атомы и т.п. квантовые системы) могут иметь спин 1/2, 3/2, 5/2 и т.д.

Математически, фермионы со спином 1/2 могут быть трех типов:

• вейлевские фермионы (безмассовые),
• дираковские фермионы (массивные) и
• майорановские фермионы (совпадающие со своей античастицей).

Считается, что большинство фермионов

.

Согласно Стандартной модели, существует 12 видов (

.

• цветовой заряд и участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы называются антикварками. Существует шесть ароматов
  кварков (по 2 в каждом поколении):

Поколение		Кварки с зарядом (+2/3) e				Кварки с зарядом (−1/3) e
		Название/ аромат кварка/ антикварка	Символ кварка/ антикварка	Масса ( МэВ )		Название/ аромат кварка/ антикварка	Символ кварка/ антикварка	Масса ( МэВ )
1		u-кварк (up-кварк) / анти-u-кварк	${\displaystyle u/\,{\overline {u}}}$	от 1,5 до 3		d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк	${\displaystyle d/\,{\overline {d}}}$	4,79±0,07
2		c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк	${\displaystyle c/\,{\overline {c}}}$	1250 ± 90		s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк	${\displaystyle s/\,{\overline {s}}}$	95 ± 25
3		t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк	${\displaystyle t/\,{\overline {t}}}$	174 340 ± 790[8]		b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк	${\displaystyle b/\,{\overline {b}}}$	4200 ± 70

У всех кварков есть также электрический заряд, кратный 1/3 элементарного заряда. В каждом поколении один кварк имеет электрический заряд +2/3 (это u-, c- и t-кварки) и один — заряд −1/3 (d-, s- и b-кварки); у антикварков заряды противоположны по знаку. Кроме сильного и электромагнитного взаимодействия, кварки участвуют в слабом взаимодействии.

• Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Существуют лептоны шести ароматов
  :

Поколение		Заряженный лептон / античастица					Нейтрино / антинейтрино
		Название	Символ	Электрический заряд ( e )	Масса ( МэВ )		Название	Символ	Электрический заряд ( e )	Масса ( МэВ)[9]
1		Электрон / Позитрон	${\displaystyle e^{-}\,/\,e^{+}}$	−1 / +1	0,511		Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино	${\displaystyle \nu _{e}\,/\,{\overline {\nu }}_{e}}$	0	< 0,0000022
2		Мюон	${\displaystyle \mu ^{-}\,/\,\mu ^{+}}$	−1 / +1	105,66		Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино	${\displaystyle \nu _{\mu }\,/\,{\overline {\nu }}_{\mu }}$	0	< 0,17
3		Тау-лептон	${\displaystyle \tau ^{-}\,/\,\tau ^{+}}$	−1 / +1	1776,99		Тау-нейтрино / тау-антинейтрино	${\displaystyle \nu _{\tau }\,/\,{\overline {\nu }}_{\tau }}$	0	< 15,5

Массы нейтрино не равны нулю (это подтверждается существованием нейтринных осцилляций), но настолько малы, что на 2022 год ещё не были измерены напрямую.

, а также электрон (рассматриваемый как квазичастица, поскольку в твёрдом теле его эффективная масса отличается от его массы в вакууме).

Примечания

	В Викисловаре есть статья «фермион»

• Фермион // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 284. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.