फर्मिअन



कण भौतिकी में, फ़र्मिअन एक कण है जो फ़र्मी-डिराक सांख्यिकी का अनुसरण करता है। सामान्यतः इसमें आधा-विषम-पूर्णांक स्पिन होता है: स्पिन $1⁄2$, स्पिन $3⁄2$, आदि। इसके अतिरिक्त, ये कण पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन करते हैं। फर्मिऑन में सभी क्वार्क और लेप्टान और इनकी विषम संख्या से बने सभी मिश्रित कण सम्मिलित हैं, जैसे कि सभी बैरियन और कई परमाणु और नाभिक फ़र्मियन बोसॉन से भिन्न होते हैं, जो बोस-आइंस्टीन के आँकड़ों का पालन करते हैं।

कुछ फ़र्मिअन प्राथमिक कण (जैसे इलेक्ट्रॉन) हैं, और कुछ मिश्रित कण (जैसे प्रोटोन) हैं। उदाहरण के लिए, सापेक्षता के सिद्धांत क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में स्पिन-सांख्यिकी प्रमेय के अनुसार, पूर्णांक स्पिन (भौतिकी) वाले कण बोसोन हैं। इसके विपरीत, आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कण फ़र्मिअन होते हैं।

स्पिन विशेषता के अतिरिक्त, फ़र्मियन में एक और विशिष्ट गुण होता है: उनके पास संरक्षित बेरियन या लेप्टान क्वांटम संख्या होती है। इसलिए, जिसे सामान्यतः स्पिन-सांख्यिकी संबंध के रूप में जाना जाता है, वह वास्तव में, एक स्पिन सांख्यिकी-क्वांटम संख्या संबंध है।

पाउली अपवर्जन सिद्धांत के परिणामस्वरूप, एक निश्चित समय में केवल एक फर्मियन एक विशेष क्वांटम अवस्था पर अधिकृत कर सकता है। मान लीजिए कि एकाधिक फ़र्मिअन का स्थानिक संभाव्यता वितरण समान है। फिर, प्रत्येक फ़र्मिअन की कम से कम एक गुण, जैसे कि उसकी स्पिन, अलग होनी चाहिए। फ़र्मिअन सामान्यतः पदार्थ से जुड़े होते हैं, जबकि बोसॉन सामान्यतः बल वाहक कण होते हैं। चूँकि कण भौतिकी की वर्तमान स्थिति में, दोनों अवधारणाओं के बीच अंतर स्पष्ट नहीं है। अशक्त अंतःक्रिया फर्मियन अत्यधिक परिस्थितियों में बोसोनिक व्यवहार भी प्रदर्शित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कम तापमान पर, फ़र्मिअन अनावेशित कणों के लिए अतितरलता और आवेशित कणों के लिए अतिचालकता दिखाते हैं।

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे मिश्रित फ़र्मियन, बैरोनिक पदार्थ के प्रमुख निर्माण खंड हैं।

अंग्रेजी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी पॉल डिराक ने इटालियन भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी के उपनाम से फर्मियन नाम गढ़ा।

प्राथमिक फर्मियन
मानक मॉडल दो प्रकार के प्राथमिक फ़र्मियन को पहचानता है: क्वार्क और लेप्टान कुल मिलाकर, मॉडल 24 अलग-अलग फ़र्मियन को अलग करता है। इनमें से प्रत्येक के संबंधित एंटीपार्टिकल के साथ छह क्वार्क (ऊपर क्वार्क, नीचे क्वार्क, विचित्र क्वार्क , आकर्षण क्वार्क , निचला क्वार्क और शीर्ष क्वार्क ) और छह लेप्टान (इलेक्ट्रॉन, इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो , म्यूऑन, म्यूऑन न्यूट्रिनो, टॉन और टॉन न्यूट्रिनो) होते हैं।

गणितीय रूप से, फ़र्मिअन की कई किस्में हैं, जिनमें तीन सबसे समान प्रकार हैं: अधिकांश मानक मॉडल फ़र्मियन को डिराक फ़र्मियन माना जाता है, चूँकि इस समय यह अज्ञात है ब्रेक न्यूट्रिनो डिराक या मेजराना फ़र्मियन (या दोनों) हैं। डायराक फ़र्मिअन को दो वेइल फ़र्मिअन के संयोजन के रूप में माना जा सकता है। जुलाई 2015 में, वेइल सेमीमेटल्स में वेइल फ़र्मियन को प्रयोगात्मक रूप से अनुभव किया गया है।
 * वेइल फर्मिअन (द्रव्यमान रहित),
 * डिराक फर्मिअन (विशाल), और
 * मेजराना फर्मिअन (प्रत्येक का अपना प्रतिकण)।

मिश्रित फर्मियन
मिश्रित कण (जैसे हैड्रोन, नाभिक और परमाणु) अपने घटकों के आधार पर बोसॉन या फर्मियन हो सकते हैं। अधिक स्पष्ट रूप से, स्पिन और सांख्यिकी के बीच संबंध के कारण, एक कण जिसमें विषम संख्या में फ़र्मिअन होता है वह स्वयं एक फ़र्मिअन होता है। इसमें आधा-पूर्णांक स्पिन होगा।

उदाहरणों में निम्नलिखित सम्मिलित हैं:
 * एक बैरियन, जैसे प्रोटॉन या न्यूट्रॉन, में तीन फर्मिओनिक क्वार्क होते हैं।
 * कार्बन-13 परमाणु के नाभिक में छह प्रोटॉन और सात न्यूट्रॉन होते हैं।
 * परमाणु हीलियम -3 (3He) में दो प्रोटॉन, एक न्यूट्रॉन और दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। ड्यूटेरियम परमाणु में एक प्रोटॉन, एक न्यूट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है।

किसी संभावित क्षमता से बंधे सरल कणों से बने मिश्रित कण के अंदर बोसॉन की संख्या का इस बात पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है कि यह बोसॉन है या फर्मियन।

किसी मिश्रित कण (या प्रणाली ) का फर्मिओनिक या बोसोनिक व्यवहार केवल बड़ी (प्रणाली के आकार की तुलना में) दूरी पर देखा जाता है। निकटता पर, जहां स्थानिक संरचना महत्वपूर्ण होने लगती है, एक समग्र कण (या प्रणाली) अपने घटक संरचना के अनुसार व्यवहार करता है।

जब फर्मियन जोड़े में शिथिल रूप से बंध जाते हैं तो वे बोसोनिक व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं। यह सुपरकंडक्टिविटी और हीलियम -3 की अतितरल की उत्पत्ति है: सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों में, इलेक्ट्रॉन फोनन के आदान-प्रदान के माध्यम से बातचीत करते हैं, कूपर जोड़े बनाते हैं, जबकि हीलियम -3 में, कूपर जोड़े स्पिन परिवर्तन के माध्यम से बनते हैं।

भिन्नात्मक क्वांटम हॉल प्रभाव के क्वासिपार्टिकल्स को समग्र फर्मियन के रूप में भी जाना जाता है; इनमें इलेक्ट्रॉनों से युक्त सम संख्या में परिमाणित भंवर जुड़े होते हैं।

यह भी देखें

 * कोई भी, 2डी क्वासिपार्टिकल्स
 * चिरैलिटी (भौतिकी), बाएँ हाथ और दाएँ हाथ
 * फर्मिओनिक संघनन
 * वेइल सेमीमेटल
 * फर्मिओनिक क्षेत्र
 * समान कण
 * कोगुट-सुस्किंड फ़र्मियन, एक प्रकार का जालीदार फ़र्मियन
 * मेजोराना फर्मियन, प्रत्येक का अपना प्रतिकण है
 * परासांख्यिकी
 * स्किर्मिओन, एक काल्पनिक कण