Fermió
Unfermióés qualsevolpartícula elementalosistema lligatque presenta unespínsemienter i amb un comportament que s'ajusta a l'estadística de Fermi-Dirac.[1][2]Entre els fermions trobem partícules elementals com elsleptonsi elsquarks,entre els sistemes lligats trobem partícules compostes com elsbarionsonuclis atòmicscom en el cas deltritio l'heli 3.[3]Tota lamatèriaestà formada per fermions.[4]Els fermions reben el nom en honor delfísicitaliàEnrico Fermi(1901-1954).[5]
 En aquesta gràfica de lespartícules elementalsdelmodel estàndard,les tres columnes de més a l'esquerra corresponen als fermions | |
| Classificació | massive quantum particle(en)  |
|---|---|
| Interaccions | gravetat |
| Espín | 1 |
| Supercompanya | sfermió |
| Epònim | Enrico Fermi |
La principal diferència entre els fermions i elsbosons,l'altre grup de partícules elementals que conforma elmodel estàndard,rau en el fet que els fermions obeeixen elprincipi d'exclusió de Pauli,que estableix que dues partícules no poden ocupar el mateixestat quànticalhora.[4]
Fermions elementals
modificaElmodel estàndardreconeix dos tipus de fermions elementals: elsquarksi elsleptons.En total, el model distingeix 24 tipus diferents de fermions. Hi ha sis quarks (quark u,quark d,quark s,quark c,quark biquark t) i sis leptons (electró,neutrí electrònic,muó,neutrí muònic,leptó tauóineutrí tauó), juntament amb l'antipartículacorresponent de cadascun d'ells.
Matemàticament, hi ha moltes varietats de fermions, amb els tres tipus més comuns:
- Fermions de Weyl(sense massa),
- Fermions de Dirac(massius)
- Fermions Majorana(cadascun la seva pròpia antipartícula).
Es creu que la majoria dels fermions del model estàndard són fermions de Dirac, encara que es desconeix en aquest moment si elsneutrinssón fermions de Dirac o de Majorana (o tots dos). Els fermions de Dirac es poden tractar com una combinació de dos fermions de Weyl.[6]:106El juliol de 2015, els fermions de Weyl s'han realitzat experimentalment ensemimetalls de Weyl.
Fermió de Dirac
modificaUn fermió de Dirac és un fermió que no és la seva pròpiaantipartícula,anomenats així perPaul Dirac.Tots els fermions alModel Estàndard,excepte possiblement elsneutrins,són fermions de Dirac.
Fermió de Majorana
modificaUn fermió de Majorana és un fermió que és la seva pròpiaantipartícula,anomenats així perEttore Majorana.No es coneixen fermions de Majorana a la natura.
Leptons
modificaLa primera família de leptons està formada per l'electró,elpositrói elneutrí.L'electró técàrrega elèctricanegativa de -1.6 × 10-19coulombsimassade 9.10 × 10-31kg.Es representa habitualment com a e-.El positró, l'antipartícula(simetria C,de càrrega) de l'electró té la mateixamassa,i càrrega positiva. Es representa per e+. El neutrí, segons els últims experiments de detecció de neutrins solars, tindriamassa,encara que aquesta no s'ha pogut determinar amb precisió fins avui, i seria petita. Aquests leptons, juntament amb els quarks u, d, formen el primer de tres grups de partícules, o generacions. Les altres generacions només es diferencien d'aquesta en lamassa.En la segona família, el leptó similar a l'electróés elmuó,i l'anàleg delneutríés elneutrí muònic.En la tercera generació, la partícula similar a l'electró és eltau.Al neutrí li correspon elneutrí tauònic.[7]
| Nom | Càrrega | Massa (GeV) |
|---|---|---|
| Electró | -1 | 0,000511 |
| Neutrí electrònic | 0 | ~0 |
| Muó | -1 | 0,1056 |
| Neutrí muònic | 0 | ~0 |
| Tauó | -1 | 1,777 |
| Neutrí tauònic | 0 | ~0 |
Quarks
modificaElquark ui elquark dsón els components delprotó(uud), delneutró(udd), i els altreshadrons.Es creu que només poden existir en grups de dos, o tres (o més recentment, cinc). Es diferencien dels leptons pel fet que tenen càrregues de +2/3, o -1/3 (-2/3, o +1/3 elsantiquarks). Tots els quarks tenen un espín de ½ћ.La segona generació està formada pelquark ci elquark s.La tercera és la que formen elquark ti elquark b.
Les estimacions de les masses dels quarks u, i d, són objecte de controvèrsia, i encara s'investiguen; de fet, hi ha autors que suggereixen que el quark u podria essencialment no tenir massa.
| Nom | Càrrega | Massa (MeV) |
|---|---|---|
| UUp(u) | +2/3 | entre 1,5 i 4,5¹ |
| DDown(d) | -1/3 | entre 5 i 8,5¹ |
| CCharm / Centre(c) | +2/3 | entre 1.000 i 1.400 |
| SStrange / Sideways(s) | -1/3 | entre 80 i 155 |
| T / Truth (t) | +2/3 | 174.300 ± 5.100 |
| B / Bottom / Beauty (b) | -1/3 | entre 4.000 i 4.500 |
Fermions composts
modificaLes partícules compostes, com elsàtomsi les molècules, poden ser fermions obosons.Els fermions estan formats per un nombre senar de fermions, mentre que els bosons en tenen un nombre parell. El ⁶liti,per exemple, és un fermió compost, mentre que el7litiés un bosó compost. Atemperaturesordinàries, els dos isòtops tenen les mateixes propietats, però a temperatures molt baixes apareixen propietats quàntiques completament diferents. Quan el7liti es refreda, es converteix en uncondensat de Bose-Einstein.Quan un gas de fermions, per exemple un de format per ⁶liti, es refreda per sota de latemperatura de Fermi,apareix un gas de Fermi degenerat, en el qual els àtoms s'agrupen enparells de Cooper.
Els fermions poden mostrar un comportament bosònic quan s'uneixen de manera fluixa en parelles. Aquest és l'origen de la superconductivitat i lasuperfluïdesade l'heli-3: en els materials superconductors, els electrons interaccionen mitjançant l'intercanvi defonons,formantparells de Cooper,mentre que a l'heli-3, els parells de Cooper es formen mitjançant fluctuacions de spin.
Les quasipartícules de l'efecte Hall quàntic fraccionattambé es coneixen com a fermions compostos; consisteixen en electrons amb un nombre parell de vòrtexs quantificats units.
Referències
modifica- ↑«Fermió».Gran Enciclopèdia Catalana.Barcelona:Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑Rennie,Richard;Law,Jonathan.A Dictionary of Physics(en anglès). Vuitena edició. Oxford University Press, 2019.ISBN 978–0–19–882147–2.
- ↑«fermion» (en anglès).Encyclopædia Britannica.Encyclopædia Britannica, Inc.. [Consulta: 6 gener 2022].
- ↑4,04,1Barnett, Muehry i Quinn, 2000,p. 83.
- ↑Barnett, Muehry i Quinn, 2000,p. 84.
- ↑T. Morii.The Physics of the Standard Model and Beyond.World Scientific,1 gener 2004.ISBN 978-981-279-560-1.
- ↑1942-,Griffiths, David J. (David Jeffery),.Introduction to quantum mechanics.2a edició. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2005.ISBN 0131118927.
Bibliofgrafia
modifica- Barnett,R. Michael;Muehry,Henry;Quinn,Helen R.The Charm of Strange Quarks Mysteries and Revolutions of Particle Physics(en anglès). Springer, 2000.DOI10.1007/978-0-387-21534-1.ISBN 978-1-4684-9510-2.
