Dalam fisika partikel, fermion adalah jenis partikel yang mengikuti aturan statistik Fermi–Dirac, yaitu Prinsip Pengecualian Pauli . Fermion ini juga memiliki spin kuantum yang berisi nilai rata-rata bilangan bulat, seperti 1/2, -1/2, -3/2, dll. (Sebagai perbandingan, ada jenis partikel lain, yang disebut boson , yang memiliki putaran bilangan bulat, seperti 0, 1, -1, -2, 2, dll.)
Apa yang membuat fermion begitu istimewa?
Fermion kadang-kadang disebut partikel materi, karena mereka adalah partikel yang menyusun sebagian besar materi fisik di dunia kita, termasuk proton, neutron, dan elektron.
Fermion pertama kali diprediksi pada tahun 1925 oleh fisikawan Wolfgang Pauli, yang mencoba mencari cara untuk menjelaskan struktur atom yang diusulkan pada tahun 1922 oleh Niels Bohr . Bohr telah menggunakan bukti eksperimental untuk membangun model atom yang berisi cangkang elektron, menciptakan orbit yang stabil bagi elektron untuk bergerak di sekitar inti atom. Meskipun ini sangat cocok dengan bukti, tidak ada alasan khusus mengapa struktur ini stabil dan itulah penjelasan yang ingin dicapai oleh Pauli. Dia menyadari bahwa jika Anda menetapkan nomor kuantum (kemudian disebut putaran kuantum) pada elektron-elektron ini, maka tampaknya ada semacam prinsip yang berarti bahwa tidak ada dua elektron yang berada dalam keadaan yang persis sama. Aturan ini kemudian dikenal sebagai Prinsip Pengecualian Pauli.
Pada tahun 1926 Enrico Fermi dan Paul Dirac secara terpisah berusaha untuk memahami aspek-aspek lain dari perilaku elektron yang tampaknya saling bertentangan, dan dengan demikian membangun cara statistik yang lebih lengkap untuk berurusan dengan elektron. Meskipun Fermi mengembangkan sistemnya terlebih dahulu, mereka cukup dekat dan keduanya cukup berhasil sehingga keturunannya menyebut metode statistiknya statistik Fermi-Dirac, meskipun partikelnya sendiri dinamai menurut nama Fermi sendiri.
Fakta bahwa fermion tidak dapat semuanya runtuh ke dalam keadaan yang sama (sekali lagi, itulah makna tertinggi dari Prinsip Pengecualian Pauli) sangatlah penting. Fermion di dalam matahari (dan semua bintang lainnya) runtuh di bawah gaya gravitasi yang kuat, tetapi mereka tidak dapat runtuh sepenuhnya karena Prinsip Pengecualian Pauli. Akibatnya, tekanan dihasilkan yang mendorong keruntuhan gravitasi materi bintang. Tekanan inilah yang menghasilkan panas matahari yang tidak hanya menggerakkan planet kita tetapi juga sebagian besar energi di seluruh alam semesta kita… termasuk pembentukan unsur-unsur berat, seperti yang dijelaskan dalam nukleosintesis bintang .
fermion dasar
Ada total 12 fermion dasar, fermion yang tidak terbuat dari partikel yang lebih kecil, yang telah diidentifikasi secara eksperimental. Mereka dibagi menjadi dua kategori:
- Quark : Quark adalah partikel penyusun hadron, seperti proton dan neutron. Ada 6 jenis quark:
-
- up quark
- pesona quark
- quark atas
- bawah quark
- quark yang aneh
- quark bawah
-
- Lepton – Ada 6 jenis lepton:
Selain partikel-partikel ini, teori supersimetri memprediksi bahwa setiap boson akan memiliki pasangan fermionik yang sampai sekarang tidak terdeteksi. Karena ada 4 sampai 6 boson dasar, ini menunjukkan bahwa, jika supersimetri benar, ada 4 sampai 6 fermion dasar yang belum terdeteksi, mungkin karena sangat tidak stabil dan telah membusuk menjadi bentuk lain.
fermion majemuk
Di luar fermion fundamental, kelas fermion lain dapat dibuat dengan menggabungkan fermion (mungkin bersama dengan boson) untuk mendapatkan partikel yang dihasilkan dengan putaran setengah bilangan bulat. Jumlah putaran kuantum, jadi beberapa matematika dasar menunjukkan bahwa setiap partikel yang mengandung fermion dalam jumlah ganjil akan berakhir dengan putaran setengah bilangan bulat, dan dengan demikian menjadi fermion itu sendiri. Beberapa contoh termasuk:
- Baryon – Ini adalah partikel, seperti proton dan neutron, yang terdiri dari tiga quark yang terikat. Karena setiap quark memiliki satu putaran setengah penuh, baryon yang dihasilkan akan selalu memiliki satu putaran setengah penuh, terlepas dari tiga jenis quark yang bergabung untuk membentuknya.
- Helium-3 – Mengandung 2 proton dan 1 neutron dalam nukleus, bersama dengan 2 elektron di sekelilingnya. Karena jumlah fermion ganjil, putaran yang dihasilkan adalah nilai rata-rata bilangan bulat. Ini berarti helium-3 juga merupakan fermion.
Diedit oleh Anne Marie Helmenstine, Ph.D.
