¿que particulas son fermiones?

mesón

En física de partículas, un fermión es una partícula que sigue la estadística de Fermi-Dirac y que generalmente tiene medio espín entero impar: espín 1/2, espín 3/2, etc. Estas partículas obedecen el principio de exclusión de Pauli. Los fermiones incluyen todos los quarks y leptones, así como todas las partículas compuestas formadas por un número impar de éstos, como todos los bariones y muchos átomos y núcleos. Los fermiones se diferencian de los bosones, que obedecen a la estadística de Bose-Einstein.

Algunos fermiones son partículas elementales, como los electrones, y otros son partículas compuestas, como los protones. Según el teorema de la estadística de espín de la teoría cuántica de campos relativista, las partículas con espín entero son bosones, mientras que las partículas con espín semientero son fermiones.

Además de la característica de espín, los fermiones tienen otra propiedad específica: poseen números cuánticos bariónicos o leptónicos conservados. Por lo tanto, lo que se suele denominar relación estadística de espín es en realidad una relación estadística de espín-número cuántico[1].

Como consecuencia del principio de exclusión de Pauli, sólo un fermión puede ocupar un estado cuántico determinado en un momento dado. Si varios fermiones tienen la misma distribución de probabilidad espacial, entonces al menos una propiedad de cada fermión, como su espín, debe ser diferente. Los fermiones suelen asociarse a la materia, mientras que los bosones suelen ser partículas portadoras de fuerza, aunque en el estado actual de la física de partículas la distinción entre ambos conceptos no está clara. Los fermiones que interactúan débilmente también pueden mostrar un comportamiento bosónico en condiciones extremas. A baja temperatura, los fermiones muestran superfluidez para las partículas sin carga y superconductividad para las partículas con carga.

electrón neutrino

Los fermiones fueron predichos por primera vez en 1925 por el físico Wolfgang Pauli, que intentaba averiguar cómo explicar la estructura atómica propuesta en 1922 por Niels Bohr. Bohr había utilizado las pruebas experimentales para construir un modelo atómico que contenía capas de electrones, creando órbitas estables para que los electrones se movieran alrededor del núcleo atómico. Aunque esto encajaba bien con las pruebas, no había ninguna razón particular por la que esta estructura fuera estable y esa es la explicación a la que Pauli intentaba llegar. Se dio cuenta de que si se asignaban números cuánticos (más tarde denominados espín cuántico) a estos electrones, entonces parecía haber algún tipo de principio que significaba que no había dos de los electrones que pudieran estar exactamente en el mismo estado. Esta regla se conoció como el Principio de Exclusión de Pauli.

En 1926, Enrico Fermi y Paul Dirac trataron de comprender de forma independiente otros aspectos del comportamiento aparentemente contradictorio de los electrones y, al hacerlo, establecieron una forma estadística más completa de tratarlos. Aunque Fermi fue el primero en desarrollar el sistema, ambos estuvieron lo suficientemente cerca y trabajaron lo suficiente como para que la posteridad haya bautizado su método estadístico como estadística Fermi-Dirac, aunque las propias partículas recibieron el nombre del propio Fermi.

¿son los quarks fermiones?

Los objetos cuánticos, a diferencia de los objetos macroscópicos convencionales, no tienen una ubicación y una velocidad específicas, sino que se extienden por una determinada región, normalmente la longitud de onda de DeBroglie, y tienen una determinada distribución de la velocidad. El principio en el que se basa se llama principio de incertidumbre de Heisenberg, establecido por Werner Heisenberg. Pero esto significa que si acercamos las partículas tanto como para que sus ondas empiecen a tocarse, son principalmente indistinguibles. Ni siquiera podemos distinguirlas debido a su posición. Así que si hacemos una operación con un gas cuántico, digamos subir la temperatura el resultado no debería depender de la indexación de las partículas. En consecuencia, el resultado de esta operación debería ser el mismo cuando intercambiamos la posición de algunas de estas partículas.

Este hecho llevó a la invención de funciones de onda simétricas y anti-simétricas. Estas funciones de onda garantizan la exigencia anterior de que un intercambio de partículas no cambie el resultado de una operación. Las partículas con una función de onda simétrica se llaman Bosones; las que tienen una función de onda anti-simétrica se llaman Fermiones.

diferencia entre fermiones y bosones

En física de partículas, los fermiones son partículas con un espín medio entero, como los protones y los electrones. Reciben su nombre de Enrico Fermi. En el Modelo Estándar hay dos tipos de fermiones elementales: los quarks y los leptones. Los 24 sabores fermiónicos fundamentales son:

A diferencia de los bosones, sólo un fermión puede ocupar un estado cuántico en un momento dado (obedecen al principio de exclusión de Pauli). Por tanto, si más de un fermión ocupa el mismo lugar en el espacio, las propiedades de cada fermión (por ejemplo, su espín) deben ser diferentes del resto. Por ello, los fermiones suelen relacionarse con la materia, mientras que los bosones lo hacen con la radiación, aunque la separación entre ambos no está clara en la física cuántica.

Debido a su espín medio entero, cuando un observador rodea un fermión (o cuando el fermión gira 360º sobre su eje) la función de onda del fermión cambia de signo. Un fenómeno relacionado se denomina comportamiento antisimétrico de la función de onda de un fermión. Los fermiones obedecen a la estadística de Fermi-Dirac, lo que significa que cuando uno intercambia dos fermiones, la función de onda del sistema cambia de signo. Una consecuencia de esto es el principio de exclusión de Pauli: no hay dos fermiones que puedan ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo. Esto da lugar a la “rigidez” de la materia que incluye fermiones (núcleos atómicos, átomos, moléculas, etc.), por lo que a veces se dice que los fermiones son los constituyentes de la materia, y los bosones las partículas que transmiten interacciones (fuerzas), o los constituyentes de la radiación.