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In mwawfisica un mwbafermione, in onore del fisico mwbqEnrico Fermi, è una mwbgparticella subatomica che segue la mwbwstatistica di Fermi-Dirac e di conseguenza ha mwcaspin semintero (1/2, 3/2, 5/2...), secondo il mwcqteorema spin-statistica. Fermioni e mwcgbosoni sono le due famiglie fondamentali in cui si dividono le particelle.

Elementi distintivi principali dei fermioni sono il sottostare al mwdaprincipio di esclusione di Pauli e il possedere sempre mwdqmassa. Tutta la mwdgmateria conosciuta è costituita da fermioni, responsabili, direttamente o attraverso la loro mwdwforza attrattiva, della massa rilevabile in natura.

• Origine del termine

• Proprietà

• Simmetria

• Spin

• Generazioni

• I fermioni nel modello standard

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Il termine fermione per questo tipo di particelle venne coniato dal fisico mwgaPaul Dirac nel 1945 in onore di Enrico Fermi in una mwgqlecture intitolata "Developments in Atomic Theory", facendolo derivare dal cognome «fermi-» del fisico italiano, seguìto dal suffisso «-on»,cite-ref-1[1]cite-ref-2[2] «-one» in italiano, che è divenuto un suffisso diffuso in ambito di mwigfisica delle particelle.cite-ref-3[3]

La proprietà di obbedire o meno al principio di esclusione di Pauli si traduce matematicamente nel fatto che i fermioni seguono la mwkgstatistica di Fermi-Dirac, mentre i bosoni seguono la mwkwstatistica di Bose-Einstein. Le conseguenze sono che fermioni e bosoni presentano proprietà diverse di simmetria sotto lo scambio di due particelle: un mwlasistema composto di fermioni identici si trova sempre in uno stato anti-simmetrico sotto lo scambio di due fermioni; al contrario, un sistema composto di particelle identiche della classe bosonica si trova sempre in uno mwlqstato globale completamente simmetrico sotto lo scambio di due particelle. La mwlgfunzione d'onda totale di un sistema costituito da fermioni identici è perciò completamente antisimmetrica e cambia segno sotto lo scambio di due fermioni qualsiasi.

Il mwmqteorema spin-statistica lega lo mwmgspin delle particelle alla mwmwstatistica quantistica alla quale esse devono obbedire. Il teorema dimostra che particelle a spin mwnaintero (0, 1, 2...) sono necessariamente bosoni, mentre quelle a spin mwnqsemintero (1/2, 3/2, 5/2...) sono necessariamente fermioni.

I fermioni possono essere raggruppati in base alle loro proprietà di interazione in tre mwoagenerazioni. La prima è composta da mwoqelettroni, mwogneutrini elettronici e dai mwowquark mwpamwpqup e mwpgmwpwdowncite-ref-4[4]. Tutta la materia ordinaria è costituita da elettroni e dai quark mwraup e mwrqdown in varie combinazioni. Le particelle delle due generazioni successive hanno massa maggiore delle precedenti (per quanto ne sappiamo; per i neutrini le attuali tecniche non permettono una misura diretta della massa, ma solo dei valori assoluti delle differenze di massa). A causa della loro maggior massa, i leptoni e i quark della seconda e terza famiglia (o le particelle da essi costituite) sono instabili e presentano una breve mwrgvita media, potendo decadere in particelle più leggere costituite da elementi della prima famiglia.

Nel mwsqmodello standard vi sono due tipi di fermioni mwsgelementari: i mwswquark (che costituiscono i mwtaprotoni e i mwtqneutroni) e i mwtgleptoni (come gli mwtwelettroni).

Una mwuqparticella non elementare può essere un fermione (come i mwugbarioni) o un bosone (come i mwuwmesoni), a seconda che contenga rispettivamente un numero dispari o pari di quark e abbia di conseguenza spin globale semintero o intero. Tale regola è valida anche per gli atomi. Diversamente, la natura fermionica o bosonica di una particella composta è indipendente dal numero di bosoni.

Il comportamento fermionico o bosonico di una particella composta o di un atomo (o sistema) si può notare solo a grande distanza (comparata alle dimensioni del sistema). In prossimità, dove le strutture spaziali iniziano ad avere importanza, il comportamento segue le leggi dei costituenti elementari. Per esempio, due atomi di mwvqelio, malgrado le loro proprietà bosoniche, non possono condividere lo stesso spazio se questo è confrontabile in dimensioni alla grandezza della struttura interna dell'atomo stesso (~10mwvg−10mwvw m). Così l'elio mwwaliquido ha una densità finita, confrontabile a quella della materia liquida ordinaria.

Le particelle che costituiscono la materia ordinaria sono fermioni elementari (leptoni) o composti (barioni). Il principio di esclusione di mwwgPauli, al quale sottostanno i fermioni, è responsabile della "rigidità" della materia e della stabilità degli mwwworbitali atomici, oltre a rendere possibile, nel caso degli elettroni, il mwxalegame covalente in mwxqchimica.

cite-note-11. ↑ mwzaGraham Farmelo, mwzqmwzgThe strangest man: the hidden life of Paul Dirac, mystic of the atom, Basic Books, 2009, mwzwISBNmwaa 978-0-465-01827-7.

cite-note-22. ↑ mwbqmwbgCambridge physics in the thirties, Hilger, 1984, mwbwISBNmwca 978-0-85274-761-2.

cite-note-33. ↑ mwdqmwdgmwdw-one - Treccani, su mweaTreccani. mweqURL consultato il 1º marzo 2024.

cite-note-44. ↑ Per i nomi dei quark è praticamente in disuso la traduzione in italiano di quark mwfqsu e mwfggiù

• citerefiupac-gold-book(EN) M. McNaught, A. Wilkinson, IUPAC. Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book"), 2ª ed., Oxford, Blackwell Scientific Publications, 1997, DOI:10.1351/goldbook.F02342, ISBN 0-9678550-9-8.

• mwhgModello standard

• mwiaMeccanica quantistica

• mwigBosone (fisica)

• mwjaEnergia di Fermi

• mwjgLeggi di conservazione

• mwkaEquazione di Dirac

• mwkgLista delle particelle

• mwlaParticelle identiche

• mwlgTeorema spin-statistica

Altri progetti

• Wikizionario

• Wikimedia Commons

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• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su fermione

• citereftreccani-itfermione, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

• citerefenciclopedia-della-scienza-e-della-tecnicaMauro Cappelli, fermione, in Enciclopedia della scienza e della tecnica, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 2008.

• citerefbritannica-com(EN) fermion, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

• citereftreccani-fermioneFermione, in Treccani.it – Enciclopedie on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.