פרמיון

פרמיון (בכתיב לטיני: Fermion, על שם אנריקו פרמי) הוא חלקיק שהספין שלו אינו שלם אלא "חצי שלם" - 1/2 או 3/2 או 5/2 וכן הלאה, וזאת בניגוד לבוזונים, להם יש ספין שלם. חלקיקים אלו עשויים להיות חלקיקים אלמנטריים או מורכבים מתת-חלקיקים אחרים. הפרמיונים קרויים על שם הפיזיקאי אנריקו פרמי.

בניגוד לבוזונים, שני פרמיונים אינם יכולים להימצא באותו מצב קוונטי. זהו עקרון האיסור של פאולי, הנובע ממשפט סטטיסטיקת הספין. לדוגמה, שני אלקטרונים הנמצאים באותו אורביטל (אטומי או מולקולרי) חייבים להיות בעלי ספין הפוך.
באופן פורמלי, הסיבה שפרמיונים מקיימים את עקרון האיסור של פאולי היא שהמצב הקוונטי של פרמיונים הוא אנטי-סימטרי. מכך גם נובע, שפרמיונים מקיימים את סטטיסטיקת פרמי-דיראק.

החלקיקים היסודיים המרכיבים את החומר הם פרמיונים המתחלקים לשתי קבוצות: קווארקים (היוצרים פרוטונים ונייטרונים) ולפטונים (כמו אלקטרונים). עקרון האיסור של פאולי לגבי פרמיונים אחראי ליציבות הקונפיגורציות האלקטרוניות באטום, ומאפשר את קיומם של מבנים כימיים. זאת כיוון שאף על פי שכל האלקטרונים באטום נמשכים לגרעין, הם נשארים בקונפיגורציות שונות, כך שלא יהיו שני אלקטרונים באותו מצב פיזיקלי, בהתאם לעקרון האיסור.

לחלקיקים בעלי ספין S יש סימטריית סיבוב של  רדיאנים. לדוגמה, כדי לסובב חלקיק בעל ספין 1/2 עד שיחזור למצבו התחילי, יש לסובבו בזווית של  רדיאנים, כלומר שני סיבובים.

חלקיקים המורכבים ממספר זוגי של פרמיונים מתנהגים כבוזונים (לדוגמה, מזונים), וכאלה המורכבים ממספר אי-זוגי של פרמיונים מתנהגים כפרמיונים (כמו באריונים, למשל הפרוטון והנייטרון).

דוגמאות לפרמיונים:
אלקטרון
קווארק
פרוטון
נייטרון
נייטרינו

פרמיונים במודל הסטנדרטי

לפטונים
אלקטרון
מיואון
טאון
נייטרינו - משלושה סוגים: אלקטרוני, מיואוני וטאוני.

קווארקים
קווארקים משישה סוגים:
מעלה
מטה
מוזר
קסום
עליון
תחתון

כמו כן, לכל פרמיון יש את אנטי-החלקיק התואם. אנטי-אלקטרון קרוי גם פוזיטרון.

ראו גם
בוזון
חלקיק אלמנטרי
המודל הסטנדרטי
מיון החלקיקים
תורת השדות הקוונטית
גז פרמי

קישורים חיצוניים

 

מכניקת הקוונטים
חלקיקים אלמנטריים