Suroosh Sanei سه شنبه 13 تیر 1396 07:37 ب.ظ نظرات ()
حال که با مدل های اتمی آشنا شدیم می توانیم به سراغ علم کوانتوم برویم. کوانتوم را نمی توان در یک خط تعریف کرد. بنابراین فقط باید جزعیات را بیان کنیم.در این مطلب راجع به ذرات سازنده ی مواد به نام فرمیون ها آشنا می شویم.(برای درک این مطلب باید حداقل تا کلاس نهم معلومات داشته باشید.)

طبق تعریف , فرمیون‌ها ذراتی هستند که از آمار فرمی-دیراك تبعیت می‌کنند . ذراتی که بوسیلهٔ آمار فرمی-دیراک توصیف می‌شوند,ازاصل طرد پائولی پیروی می‌کنند. به این معنی که تمایل ندارند در کنار هم قرار بگیرند , یعنی فرمیون‌ها منزوی هستند و هیچ دو فرمیونی نمی‌تواند در یک لحظهٔ معین , یک حالت کوانتومی را اشغال کنند . این ذرات طبق اصل طرد پائولی هنگامی که در یک حالت کوانتومی قرار می‌گیرند همدیگر را دفع می‌کنند و اگر ذره‌ای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می‌شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد . این امر , باعث سختی و استحکام حالت‌هایی می‌شود که شامل فرمیون هستند ( هسته , اتمها , مولکولها و ... ) ؛ بنابراین گاهی اوقات گفته می‌شود که فرمیون‌ها بخش اصلی ماده هستند , در حالی که بوزون‌ها ذراتیند که فعل و انفعالات را انتقال می‌دهند ( حاملان نیرو ) یا بخش اصلی تشعشعاتند . میدان‌های کوانتومی فرمیون‌ها , که میدانهای فرمیونیک      ( fermionic fields ) نامیده می‌شوند از روابط تبدیل متعارفی و استاندارد , پیروی می‌کنند .

اصل طرد پاولی درمورد فرمیون‌ها و استحکام ناشی از آن در ماده ,منجر می‌شود به پایداری لایه‌های الکترون و ترکیب اتم‌ها و بنابراین ساخت ترکیبات شیمی ممکن می‌شود . همچنین دلیلیست برای فشار داخلی مادهٔ تبهگن که تا حد زیادی حالت تعادل كوتوله های سفید و ستاره های نوترونی را برقرار می‌کند .

تمام ذرات بنیادی دارای یک خصوصیت کوانتوم مکانیکی اند که می‌توان تقریباً آن را چرخش فرض کرد. فرمیون‌ها (الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها) دارای چرخش‌هایی هستند که مضارب نیمه صحیح اند؛ بدین معنا که اگر بخواهیم با استعاره صحبت کنیم باید بگوئیم که لازم است دو دور کامل بچرخند تا به وضعیت ابتدایی خویش بازگردند. بوزون‌ها دارای چرخش‌هایی با مضرب صحیح (۰ ۱، ۲، و غیره) هستند.

در سیستم‌های بزرگ , تفاوت بین آمار بوزونی و فرمیونی تنها در چگالی‌های بالا وقتی در تابع‌های موج ,همپوشانی وجود داشته باشد , ظاهر می‌شود . در چگالی‌های پایین , هر دو آمار با تقریب خوبی توسط قاعده آماری ماكسون-بولتزمن جواب می‌دهند که توسط مكانیك كلاسیك بیان می‌شود .