פרמיון

פרמיון (Fermion) הוא חלקיק שספין שלו חצי-שלם, למשל 1/2 או 3/2. ספין, תכונה קוונטית שמזכירה 'סיבוב פנימי' של החלקיק. בניגוד לבוזונים, שני פרמיונים לא יכולים להיות באותו מצב קוונטי. מצב קוונטי, תיאור של כל התכונות הפיזיקליות של החלקיק. כלל זה נקרא עקרון האיסור של פאולי, והוא נובע מהתכונה המתמטית שהגל-המצבו של פרמיונים הוא אנטי-סימטרי. כתוצאה מכך פרמיונים מקיימים את סטטיסטיקת פרמי-דיראק (Fermi-Dirac), שמשפיעה על ההתנהגות הקולקטיבית שלהם.

החלקיקים היסודיים שמרכיבים חומר הם פרמיונים. הם מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות: קווארקים ולפטונים. קווארקים יוצרים יחד פרוטונים ונייטרונים. יש שישה סוגי קווארקים (נזכר כי קיימים שישה). לפטונים כוללים את האלקטרון, שהוא דוגמה מוכרת לפרמיון.

עקרון פאולי אחראי ליציבות הקונפיגורציות האלקטרוניות באטום. אף שהאלקטרונים נמשכים לגרעין, הם נשארים בתצורות שונות ולא נכנסים לאותו מצב. זה מאפשר מבנים כימיים מגוונים.

פרמונים המורכבים מזוגי פרמיונים יכולים להתנהג כבוזונים, כפי שקורה במזונים. פרמונים עם מספר אי-זוגי של פרמיונים מתנהגים כפרמיונים, למשל פרוטונים ונייטרונים. עוד נקודה מעניינת: חלקיק בעל ספין 1/2 צריך סיבוב של 4π רדיאנים, כלומר שני סיבובים, כדי לחזור למצבו ההתחלתי.

כמו כן, לכל פרמיון קיים אנטי-חלקיק מתאים. אנטי-אלקטרון נקרא פוזיטרון.

פרמיון הוא סוג של חלקיק. הספין שלו חצי-שלם. ספין זו תכונה שדומה לסיבוב קטן של החלקיק.

שני פרמיונים לא יכולים להיות באותו מצב. זה נקרא חוק פאולי. למשל, שני אלקטרונים באותו אורביטל חייבים להיות עם ספינים הפוכים.

פרמונים בונים את החומר. הם מתחלקים לשתי קבוצות חשובות: קווארקים ולפטונים. קווארקים בונים פרוטונים ונייטרונים. לפטונים כוללים את האלקטרון.

אם יש פרמיון ויש לו אנטי-חלקיק, הם דומים אבל עם מטען הפוך. אנטי-אלקטרון נקרא פוזיטרון.

חוקי הספין משפיעים גם על ההתנהגות של חלקיקים מורכבים. חלקיקים שעשויים מזוגי פרמיונים מתנהגים כמו בוזונים. אם המספר אי-זוגי, הם מתנהגים כפרמיונים. דוגמה מעניינת: חלקיק עם ספין 1/2 צריך שני סיבובים מלאים כדי לחזור לעצמו.