Fermiony ( ang. fermion, od nazwiska włoskiego fizyka Enrico Fermiego ) to cząstki posiadające niecałkowity spin wyrażony w jednostkach (gdzie h jest stałą Plancka ). Możliwymi wartościami niecałkowitymi spinu są nieparzyste wielokrotności połowy "h kreślonego". Dla danej wartości spinu możliwymi wartościami rzutu spinu na dowolny kierunek są:

Konsekwencją posiadania niecałkowitego spinu jest to, że fermiony podlegają statystyce Fermiego-Diraca , w tym regule Pauliego .

Każda cząstka jest bozonem lub fermionem, zależnie od posiadanego spinu – twierdzenie statystyki spinowej narzuca wynikającą z niego statystykę kwantową, która odróżnia fermiony od bozonów. Zgodnie z Modelem Standardowym fermiony są cząstkami elementarnymi " materii ", natomiast bozony przenoszą oddziaływania.

W Modelu Standardowym oprócz fermionów złożonych ( bariony ) występują 2 typy cząstek elementarnych, które są fermionami: kwarki i leptony .

Uproszczone rozumowanie pozwalające uzyskać podział cząstek na bozony i fermiony wygląda następująco. Występowanie spinu jest związane z operacją zamiany cząstek. Załóżmy, że mamy dany stan dwucząstkowy . Zadziałajmy na niego operatorem zamiany cząstek:

Oczywiście podwójna zamiana cząstek daje nam stan początkowy, skąd otrzymujemy równanie:

ε² = 1

Równanie to ma dwa rozwiązania: +1 i -1. Funkcje falowe symetryczne ze względu na zamianę cząstek (rozwiązania z +1) opisują bozony , natomiast funkcje antysymetryczne (rozwiązania z -1) opisują fermiony. Rozumowanie przedstawione powyżej w rzeczywistości załamuje się w przestrzeniach o dwóch wymiarach, gdzie możliwe są także inne rodzaje cząstek, tak zwane anyony . Ponieważ w powyższym rozumowaniu wymiar przestrzeni nie został w ogóle uwzględniony, nie jest ono ani ścisłe, ani prawdziwe.

Jeżeli stany jednocząstkowe są opisywane przez funkcje falowe: ψ₁(α) i ψ₂(β) to stan dwucząstkowy jest opisywany przez funkcję falową postaci:

Jest to dwucząstkowa postać tak zwanego wyznacznika Slatera .

Zobacz też

• bozony