페르미온
[ fermion ]
페르미온이란 자연을 구성하는 기본 입자를 두 종류로 나눌 때 페르미-디락 통계(Fermi-Dirac’s statistics)를 따르는 입자를 말한다. 상대론적 양자 역학을 발견한 디랙(Paul Dirac)이 이탈리아의 물리학자 페르미(Enrico Fermi)의 이름을 따서 페르미온(fermion)이라 명명하였으며, 페르미 입자라고도 불린다. 전자, 양성자, 중성자, 중간자, 중성미자, 소립자 등이 페르미 입자로 분류된다.
목차
성질
페르미온은 1/2, 3/2 등 반정수의 스핀 양자수를 가지고 반 대칭의 파동함수로 기술되며, 파울리 배타 원리(Pauli’s principle)를 따른다. 즉, 하나의 양자 상태에 단 하나의 페르미 입자만 들어갈 수 있어 두 개 이상의 페르미온이 같은 양자 상태가 될 수 없다. 반대로 보존(boson)은 0, 1, 2 등 정수의 스핀 양자수를 가지고, 파울리 배타 원리를 따르지 않는다.
종류
자연계의 페르미온은 크게 기본 페르미온과 복합 페르미온으로 나눌 수 있다. 표준 모델에 따르면 기본 페르미온으로는 쿼크(quarks)와 렙톤(leptons)을 들 수 있으며, 쿼크는 강한 상호작용(강력)의 영향을 받는 입자이고 렙톤은 그러한 상호작용을 받지 않아 자유롭게 존재하는 입자이다. 전자(electron)는 렙톤의 한 종류이다. 홀수 개의 페르미온은 복합 페르미온을 이루는데, 예를 들어 @@NAMATH_INLINE@@\ce{ ^{13}C }@@NAMATH_INLINE@@ 핵은 6개의 양성자와 7개의 중성자로 이루어진 복합 페르미온이고, 양성자는 2개 위(up) 쿼크와 1개 아래(down) 쿼크로 이루어져 있는 복성 페르미온이다.
원자와 분자의 분류
어떤 원자나 분자가 보존인지 페르미온인지는 그에 속한 모든 입자를 고려하여 결정된다. 즉, 그 입자에 있는 전자, 양성자, 중성자를 모두 합한 수가 짝수이면 보존이고, 홀수이면 페르미온이다. 예를 들어 @@NAMATH_INLINE@@\ce{ ^{2}D }@@NAMATH_INLINE@@ 원자에는 전자 1개, 양성자 1개, 중성자 1개, 모두 3개가 있음으로 페르미온이다.
동의어
페르미온