Qué es un fermión

Qué es un fermión


En la Física de partículas se define como fermión a la partícula que sigue una distribución según Fermi – Dirac y que obedece al principio de exclusión de Pauli.

La materia está formada por fermiones y bosones. Los fermiones son partículas de materia de la denominada materia bariónica u ordinaria, en cambio los bosones son partículas portadoras de fuerzas de interacción. Es decir, son las que intervienen en interacciones electromagnéticas, nucleares o gravitacionales.

¿Qué significa fermión?

El nombre fermión fue ideado por el físico teórico Paul Dirac a partir del nombre Enrico Fermi, otro físico teórico con el que desarrolló lo que hoy se conoce como la “Estadística de Fermi-Dirac», que describe la distribución espacial que tienen los fermiones.

Como el fermión obedece el principio de exclusión de Pauli, no pueden existir dos fermiones en el mismo estado cuántico, o sea, no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. Son entonces partículas de materia.

En cambio, para los bosones no existe un límite para la cantidad de partículas que pueden estar en un mismo espacio cuántico y es por lo que se las describe como partículas de fuerza y no como partículas de materia. Además, se conocen bosones sin masa. Pero no se conoce ningún fermión sin masa.

El principio de exclusión de Pauli sostiene que, dentro de un sistema cuántico no pueden existir dos o más fermiones idénticos con el mismo estado cuántico.

En el siguiente ejemplo, el estado cuántico de un electrón se define mediante cuatro números cuánticos:

n: número cuántico principal

t: número cuántico azimutal, o momento angular orbital

m: número cuántico magnético

s: número cuántico espín, o momento angular intrínseco

Si dos electrones de un mismo átomo tienen el mismo valor para n, t y m, entonces el espín tiene que ser diferente. Uno tendrá un espín con valor 1 y el otro con valor –1.

De esta manera, los dos electrones no caen en el mismo estado cuántico y entonces pueden convivir en el mismo orbital. Pero con una función de onda antisimétrica.

El principio de exclusión de Pauli fue desarrollado por Wolfgang Pauli en el año 1925, para explicar la estabilidad del modelo atómico de Niels Bohr, de 1922, según el cual un átomo estaba formado por un núcleo y capas de orbitales electrónicos a su alrededor.

Fue en el año 1926 cuando Fermi y Dirac aplicaron el trabajo de Pauli a un gas ideal y desarrollaron un sistema de distribución cuántica mucho más completo, que aplicaba a cualquier tipo de fermión.



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