Fermion
Ein Fermion ist eine Kategorie von Elementarteilchen. Sie sind sehr klein und sehr leicht. Man kann sich Fermionen als Bausteine der Materie vorstellen, da die Atome aus Fermionen bestehen. Paul Dirac nannte sie Fermionen zu Ehren eines berühmten Wissenschaftlers namens Enrico Fermi.
Ein Elektron (ein geladenes Teilchen) ist ein Fermion, aber ein Photon (das Teilchen der elektromagnetischen Strahlung) ist kein Fermion. Die Spinzahlen von Fermionen sind 1/2, 3/2, 5/2, usw. Da ihr Spin keine ganze Zahl ist, folgen sie dem Pauli-Ausschlussprinzip: keine zwei Fermionen können sich einen Quantenzustand (der die Position im Raum einschliesst) teilen, wenn sie die gleichen Quantenzahlen haben, wie z.B. den Spin. Mit anderen Worten: Fermionen können miteinander kollidieren. Dieses Verhalten ist bei der anderen Klasse von Elementarteilchen, den so genannten Bosonen, nicht gegeben: Man kann viele Bosonen, zum Beispiel Photonen, zur gleichen Zeit am gleichen Ort haben. Die Bewegung der Fermionen folgt der Fermi-Dirac-Statistik.
Die meisten bekannten Fermionen haben einen Spin von 1/2. Ein Beispiel für eine Fermionenart mit einem Spin von 1/2 ist das Elektron. Das Elektron gehört zu einer Gruppe von Fermionen, die Leptonen genannt werden.
Fundamentale Fermionen (Fermionen, die aus nichts anderem bestehen) sind entweder Quarks oder Leptonen. Es gibt 6 verschiedene Arten von Quarks (genannt "Aromen") und 6 verschiedene Arten von Leptonen. Dies sind ihre Namen:
- Quarks - oben, unten, Charme, seltsam, oben, unten
- Leptonen - Elektron, Myon, Tau, Elektron-Neutrino, Myon-Neutrino, Tau-Neutrino
Jedem dieser Fermionen ist auch ein Antiteilchen zugeordnet, so dass es insgesamt 24 verschiedene fundamentale Fermionen gibt. Das Antiteilchen ist dem ursprünglichen Teilchen ähnlich, jedoch mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Die "up"-, "charm"- und "top"-Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3. Ihre Antiteilchen haben eine Ladung von -2/3 (anti-up, anti-charm, anti-top). Die anderen drei Quarks (down, strange und bottom) haben eine Ladung von -1/3, und ihre Antiteilchen haben eine Ladung von +1/3. Die Elektronen-, Myon- und Tau-Leptonen haben alle eine Ladung von -1, und ihre Antiteilchen (Anti-Elektron oder "Positron", Anti-Muon, Anti-Tau) haben die Ladung +1. Alle Neutrinos und Antineutrinos haben die Ladung 0. Der Hauptunterschied zwischen Quarks oder Leptonen mit der gleichen Ladung ist ihre Masse.
Das supersymmetrische Gegenstück eines jeden Fermions wird als "Sfermion" bezeichnet.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Fermion?
A: Ein Fermion ist eine Kategorie von Elementarteilchen, die sehr klein und leicht sind. Man kann sie als die Bausteine der Materie betrachten, da Atome aus ihnen bestehen.
F: Wer hat sie Fermionen genannt?
A: Paul Dirac nannte sie Fermionen zu Ehren des berühmten Wissenschaftlers Enrico Fermi.
F: Ist ein Elektron ein Fermion?
A: Ja, ein Elektron (ein geladenes Teilchen) ist eine Art Fermion.
F: Können zwei Fermionen den gleichen Quantenzustand haben?
A: Nein, denn ihre Spin-Zahl ist keine ganze Zahl. Sie folgen dem Pauli-Ausschlussprinzip, das besagt, dass keine zwei Fermionen den gleichen Quantenzustand haben können, wenn sie die gleiche Quantenzahl wie den Spin haben.
F: Wie viele verschiedene fundamentale Fermionen gibt es?
A: Es gibt 24 verschiedene fundamentale Fermionen - 6 Quarks und 6 Leptonen plus die dazugehörigen Antiteilchen.
F: Was ist der Unterschied zwischen Quarks und Leptonen mit der gleichen Ladung?
A: Der Hauptunterschied zwischen Quarks und Leptonen mit der gleichen Ladung ist ihre Masse.
F: Was ist ein Sfermion? A:Das supersymmetrische Gegenstück eines jeden Fermions wird als "Sfermion" bezeichnet.
