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费米子

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费米子自旋为半整数(1/2,3/2…)的粒子统称为费米子,服从费米-狄拉克统计。费米子满足泡利不相容原理,即不能两个以上的费米子出现在相同的量子态中。 轻子,核子和超子的自旋都是1/2,因而都是费米子。自旋为3/2,5/2,7/2等的共振粒子也是费米子。 另见玻色子

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简介编辑本段回目录

费米子费米子
费米子(fermion):费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。费米子遵从泡利不相容原理。得名于意大利物理学家费米。

例如:夸克

轻子:包括电子、渺子、陶子及对应的反粒子、三种中微子及对应的三种反中微子。

中子、质子:都是由三种夸克组成,自旋为1/2。

奇数个核子组成的原子核。(因为中子、质子都是费米子,故奇数个核子组成的原子核自旋是半整数。)

由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,Ni=gi/(e^(α+βεi)+1)。α为拉格朗日乘子、β=1/(kT),有体系温度粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量,gi为能级的简并度。 

根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。

原子核(中子、质子都是费米子)-内部结构模型图原子核(中子、质子都是费米子)-内部结构模型图

这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。

基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。费米子(fermion):自旋为半整数的粒子。比如电子、质子、中子等以及其反粒子。它们符合泡利不相容原理,以及费米-狄拉克统计:

由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,ni=gi/(e^(α+βεi)+1)。α为拉格朗日乘子、β=1/(kt),有体系温度,粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量,gi为能级的简并度。

性质编辑本段回目录

在一组由全同粒子组成的体系中,如果在体系的一个量子态(即由一套量子数所确定的微观状态)上只容许容纳一个粒子,这种粒子称为费米子。费米子所遵循的统计法称为费米统计法。费米统计法的分布函数为式中n(ε)为体系在温度T达热平衡时处于能态ε的粒子数;α为温度和粒子总数的函数。

由来编辑本段回目录

费米子费米子
费米子,得名于意大利物理学家费米.

玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理,在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包括:.胶子-强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种;光子-电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述:构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)。在这样的一个量子世界里,所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性:质量、能量、磁矩和自旋。

这四种属性当中,自旋的属性是最重要的,它把不同将粒子王国分成截然不同的两类,就好像这个世界上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大。粒子的自旋不像地球自转那样是连续的,而是是一跳一跳地旋转着的。根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等);而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等)。

这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态:它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点;而玻色子却能够具有相同的特性。

光子-内部结构模型图玻色子:光子-内部结构模型图

基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)都是玻色子。

w和z-内部结构模型图w和z玻色子-内部结构模型图

 

胶子-内部结构模型图玻色子:胶子-内部结构模型图

费米子凝聚态编辑本段回目录

费米子费米子
第六种物质形态诞生

人类生存的世界,是一个物质的世界。过去,人们只知道物质有三态,即气态液态固态。20世纪中期,科学家确认物质有第四态,即等离子体态(plasma)。1995年,美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组,首次创造出物质的第五态,即“玻色—爱因斯坦凝聚态”。为此,2001年度诺贝尔物理学奖授予了负责这项研究的三位科学家。

2004年1月29日,又是这个联合研究小组宣布,他们创造出物质的第六种形态———费米子凝聚态(fermioniccondensate)。消息传出,国际物理学界为之振奋。专家们认为,这一成果为人类认识物质世界打开了又一扇大门,具有重大的理论和实践意义,将成为年度重大科技成果之一。

研究小组负责人德博拉·金今年30岁,2003年获得美国麦克阿瑟基金会颁发的“大天才”奖。她表示,这项成果有助于下一代超导体的诞生。而下一代超导体技术可在电能输送、超导磁悬浮列车、超导计算机、地球物理勘探、生物磁学、高能物理研究等众多领域和学科中大显身手。

费米子费米子
几种物质形态的区别

通常所见的物质是由分子、原子构成的。处于气态的物质,其分子与分子之间距离很远。而构成液态物质的分子彼此靠得很近,其密度要比气态的大得多。固态物质的构成元素是以原子状态存在的,原子一个挨着一个,相互牵拉,这就是固体比液体硬的原因。

被激发的电离气体达到一定的电离度之后便处于导电状态。电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其周围带电粒子,同时也受到其他带电粒子的约束。由于电离气体内正负电荷数相等,这种气体状态被称为等离子体态。

所谓玻色—爱因斯坦凝聚,是科学巨匠爱因斯坦在70年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同,它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。玻色—爱因斯坦凝聚态物质由成千上万个具有单一量子态的超冷粒子的集合,其行为像一个超级大原子,由玻色子构成。这一物质形态具有的奇特性质,在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有美好的应用前景。

费米子凝聚态是怎样创造出来的

由于没有任何两个费米子能拥有相同的量子态,费米子的凝聚一直被认为不可能实现。去年,物理学家找到了一个克服以上障碍的方法,他们将费米子成对转变成玻色子。费米子对起到了玻色子的作用,所以可让气体突然冷凝至玻色—爱因斯坦凝聚态。这一研究为创造费米子凝聚态铺平了道路。

目前,从事费米子凝聚态研究的科学家们秉承着“大胆假设、小心求证”的科学精神,慎重地向这块未知的科学领域推进。

参考资料编辑本段回目录

1.http://www.girler.com/

2.http://www.zd9999.com/slh/detail.asp?id=862

 3.http://news.xinhuanet.com/world/2004-12/17/content_2347736.htm

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