ఫెర్మియన్
కణ భౌతిక శాస్త్రంలో, ఫెర్మియాన్ అనేది ఫెర్మి-డిరాక్ గణాంకాలను అనుసరించే ఉపపరమాణువు. ఫెర్మియన్ సగం-పూర్ణాంక స్పిన్ (స్పిన్ 1/2, స్పిన్ 3/2, మొదలైనవి) కలిగి ఉంటాయి, పౌలి మినహాయింపు సూత్రాన్ని పాటిస్తాయి. ఈ కణాలలో అన్ని క్వార్క్లు, లెప్టాన్లు, అన్ని బార్యోన్లు, అనేక అణువులు, కేంద్రకాలు వంటి బేసి సంఖ్య తయారైన అన్ని మిశ్రమ కణాలు ఉంటాయి. బోస్- ఐన్స్టీన్ గణాంకాలను పాటించే బోసాన్ల నుండి ఫెర్మియాన్లు భిన్నంగా ఉంటాయి.
కొన్ని ఫెర్మియన్లు ప్రాథమిక కణాలు (ఎలక్ట్రాన్లు వంటివి), కొన్ని మిశ్రమ కణాలు (ప్రోటాన్లు వంటివి. ఉదాహరణకు, సాపేక్ష క్వాంటం క్షేత్ర సిద్ధాంతం స్పిన్-స్టాటిస్టిక్స్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, పూర్ణాంక స్పిన్ ఉన్న కణాలు బోసన్లు. దీనికి విరుద్ధంగా, సగం-పూర్ణాంకం స్పిన్ కలిగిన కణాలు ఫెర్మియన్లు.
స్పిన్ లక్షణంతో పాటు ఫెర్మియన్లకు మరొక నిర్దిష్ట లక్షణం ఉంటుంది: అవి సంరక్షించబడిన బార్యోన్ లేదా లెప్టాన్ క్వాంటం సంఖ్యలను కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, సాధారణంగా స్పిన్-స్టాటిస్టిక్స్ రిలేషన్ అని పిలవబడేది, వాస్తవానికి, స్పిన్ స్టాటిస్టిక్స్కు-క్వాంటం సంఖ్య రిలేషన్.[1]
పౌలి మినహాయింపు సూత్రం పర్యవసానంగా, ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో ఒక ఫెర్మియాన్ మాత్రమే ఒక నిర్దిష్ట క్వాంటం స్థితి ఆక్రమించగలదు. బహుళ ఫెర్మియన్లు ఒకే ప్రాదేశిక సంభావ్యత పంపిణీ కలిగి ఉన్నాయని అనుకుందాం, అప్పుడు, ప్రతి ఫెర్మియన్ కనీసం ఒక లక్షణం, దాని స్పిన్ వంటివి, భిన్నంగా ఉండాలి. ఫెర్మియన్లు సాధారణంగా పదార్థంతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి, అయితే బోసన్లు సాధారణంగా శక్తి వాహక కణాలు. అయితే, కణ భౌతిక శాస్త్రం ప్రస్తుత స్థితిలో, రెండు భావనల మధ్య వ్యత్యాసం అస్పష్టంగా ఉంది. బలహీనంగా సంకర్షణ చెందుతున్న ఫెర్మియన్లు తీవ్రమైన పరిస్థితులలో బోసోనిక్ ప్రవర్తనను కూడా ప్రదర్శిస్తాయి. ఉదాహరణకు, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ఫెర్మియన్లు చార్జ్ చేయని కణాలకు సూపర్ ఫ్లూయిడిటీ, ఛార్జ్ చేయబడిన కణాలకు సూపర్ కండక్టివిటీ చూపుతాయి.
ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు వంటి మిశ్రమ ఫెర్మియన్లు రోజువారీ పదార్థం కీలక నిర్మాణ విభాగాలు.
ఆంగ్ల సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్త పాల్ డిరాక్ ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఎన్రికో ఫెర్మి ఇంటిపేరు నుండి ఫెర్మియన్ అనే పేరును రూపొందించారు.[2]
ప్రాథమిక ఫెర్మియాన్లు
[మార్చు]ప్రామాణిక నమూనా రెండు రకాల ప్రాథమిక ఫెర్మియాన్లను గుర్తిస్తుంది: క్వార్క్లు, లెప్టాన్లు . మొత్తంగా, ఈ నమూనా 24 విభిన్న ఫెర్మియాన్లను వేరు చేస్తుంది. వీటిలో ఆరు క్వార్క్లు (అప్ , డౌన్ , స్ట్రేంజ్ , చార్మ్ , బాటమ్, టాప్ ), ఆరు లెప్టాన్లు ( ఎలక్ట్రాన్ , ఎలక్ట్రాన్ న్యూట్రినో, మ్యూయాన్, మ్యూయాన్ న్యూట్రినో, టౌ & టౌ న్యూట్రినో) ఉన్నాయి. వీటితో పాటు, ప్రతి లెప్టాన్కు సంబంధించిన యాంటీపార్టికల్ కూడా ఉంటుంది.
గణితశాస్త్రపరంగా, ఫెర్మియన్ల అనేక రకాలు ఉన్నాయి, వీటిలో మూడు అత్యంత సాధారణ రకాలు:
- వెయిల్ ఫెర్మియాన్లు (ద్రవ్యరాశి లేనివి),
- డైరాక్ ఫెర్మియాన్లు (భారీ),
- మజోరానా ఫెర్మియాన్లు (ప్రతి ఒక్కటీ దాని స్వంత ప్రతికణం).
చాలా ప్రామాణిక నమూనా ఫెర్మియాన్లు డైరాక్ ఫెర్మియాన్లు అని నమ్ముతారు, అయితే న్యూట్రినోలు డైరాక్ లేదా మజోరానా ఫెర్మియాన్లా (లేదా రెండూ) అనేది ఈ సమయంలో తెలియదు. డైరాక్ ఫెర్మియాన్లను రెండు వెయిల్ ఫెర్మియాన్ల కలయికగా పరిగణించవచ్చు.[3] జూలై 2015లో, వెయిల్ సెమీమెటల్స్లో వెయిల్ ఫెర్మియాన్లు ప్రయోగాత్మకంగా గ్రహించబడ్డాయి .
మిశ్రమ ఫెర్మియన్లు
[మార్చు]సంయుక్త కణాలు (హాడ్రాన్లు , కేంద్రకాలు, పరమాణువులు వంటివి) వాటిలోని భాగాలను బట్టి బోసాన్లు లేదా ఫెర్మియాన్లుగా ఉండగలవు. మరింత కచ్చితంగా చెప్పాలంటే, స్పిన్, గణాంకాల మధ్య ఉన్న సంబంధం కారణంగా, బేసి సంఖ్యలో ఫెర్మియాన్లను కలిగి ఉన్న కణం కూడా ఒక ఫెర్మియాన్ అవుతుంది. దానికి అర్ధ-పూర్ణాంక స్పిన్ ఉంటుంది. పొటెన్షియల్తో బంధించబడిన సరళ కణాలతో ఏర్పడిన సంయుక్త కణంలోని బోసాన్ల సంఖ్య, అది బోసాన్ లేదా ఫెర్మియాన్ అవుతుందా అనే దానిపై ఎటువంటి ప్రభావం చూపదు.
ఉదాహరణలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:
- ప్రోటాన్ లేదా న్యూట్రాన్ వంటి బార్యోన్ మూడు ఫెర్మియోనిక్ క్వార్క్లను కలిగి ఉంటుంది.
- కార్బన్-13 అణువు కేంద్రకం ఆరు ప్రోటాన్లు, ఏడు న్యూట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది.
- హీలియం-3 (3He) పరమాణువులో రెండు ప్రోటాన్లు, ఒక న్యూట్రాన్, రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. డ్యూటీరియం పరమాణువులో ఒక ప్రోటాన్, ఒక న్యూట్రాన్, ఒక ఎలక్ట్రాన్ ఉంటాయి.
ఒక సంయుక్త కణం ఫెర్మియోనిక్ లేదా బోసోనిక్ ప్రవర్తన దానిలోని కణాలు దూరంగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే గమనించబడుతుంది. అవి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు, ప్రాదేశిక నిర్మాణం ముఖ్యమవుతుంది, సంయుక్త కణాలు వాటి భాగాల కూర్పుకు అనుగుణంగా ప్రవర్తిస్తాయి.
ఫెర్మియాన్లు జంటలుగా బంధించబడినప్పుడు బోసోనిక్ ప్రవర్తనను ప్రదర్శించగలవు. సూపర్కండక్టివిటీకి, హీలియం-3 సూపర్ కండక్టివిటీ కి ఇదే మూలం. సూపర్కండక్టింగ్ పదార్థాలలో, ఎలక్ట్రాన్లు ఫోనాన్ల మార్పిడి ద్వారా పరస్పరం చర్య జరిపి, కూపర్ జంటలను ఏర్పరుస్తాయి , అయితే హీలియం-3లో, పరమాణువులు స్పిన్ హెచ్చుతగ్గుల ద్వారా పరస్పరం చర్య జరిపి జంటలుగా ఏర్పడతాయి.
ఫ్రాక్షనల్ క్వాంటం హాల్ ఎఫెక్ట్ క్వాసిపార్టికల్స్ను కాంపోజిట్ ఫెర్మియాన్లు అని కూడా అంటారు; ఇవి సరి సంఖ్యలో క్వాంటైజ్డ్ వోర్టెక్స్లు జతచేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటాయి
మూలాలు
[మార్చు]- ↑ Weiner, Richard M. (4 March 2013). "Spin-statistics-quantum number connection and supersymmetry".
- ↑ Notes on Dirac's lecture Developments in Atomic Theory at Le Palais de la Découverte, 6 December 1945, UKNATARCHI Dirac Papers BW83/2/257889. See note 64 on page 331 in "The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom" by Graham Farmelo
- ↑ Morii, T.; Lim, C. S.; Mukherjee, S. N. (1 January 2004). The Physics of the Standard Model and Beyond. World Scientific. ISBN 978-981-279-560-1.
బయటి లింకులు
[మార్చు]
