Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 26)

Fermion

Các nhà vật lí phân loại các hạt hạ nguyên tử theo nhiều kiểu khác nhau. Y hệt như các hạt có thể gắn liền với những “gia đình” khác nhau, như baryon, lepton và meson, các nhóm gia đình cũng có thể được xếp thẳng theo những đặc trưng chung, ví dụ như spin lượng tử. Điều này đưa đến “fermion”, các hạt có spin bán nguyên (nói cách khác, spin là ½, 3/2, - ½ hoặc – 3/2). Fermion bao gồm các quark, do đó bao hàm cả baryon vì ba quark liên kết với nhau trong các hạt này đem lại spin bằng ½ hoặc 3/2. Các lepton, có spin ½, cũng là fermion, cũng như hạt phức được làm bằng số lẻ quark, ví dụ một số hạt nhân nguyên tử.

Fermion được đặt tên theo nhà vật lí hạt nhân Italy Enrico Fermi. Hành trạng của chúng được mô tả bởi một mô hình toán học gọi là thống kê Fermi-Dirac, và tính chất quan trọng nhất của chúng là chúng bám chặt lấy, không buông, nguyên lí loại trừ Pauli, cùng với những hệ quả quan trọng cho cấu trúc nguyên tử.

Fermion

Boson

Mang tên nhà vật lí Ấn Độ Satyendra Nath Bose, và được mô tả bởi một mô hình gọi là thống kê Bose-Einstein, boson là các hạt có spin nguyên (0, 1, 2, vân vân). Vì những lí do chưa được hiểu hết, các boson không tuân theo nguyên lí loại trừ Pauli, thành ra nhiều boson có thể tồn tại đồng thời ở một trạng thái lượng tử giống nhau. Điều này quan trọng vì nó cho phép chúng lan tỏa khắp không gian dưới dạng cái gọi là “các boson chuẩn” – các hạt truyền bốn lực cơ bản của tự nhiên liên kết vật chất với nhau và chi phối cách các hạt tương tác (lực điện từ, lực mạnh, lực yếu và lực hấp dẫn).

Chỉ những boson sơ cấp mới là hạt mang lực: trong số này bao gồm photon (mang lực điện từ), gluon (lực mạnh), boson W và Z (lực yếu) và graviton trên giả thuyết (lực hấp dẫn). Các boson khác bao gồm meson, những hạt gồm hai quark có spin kết hợp bằng 0 hoặc 1, và các hạt nhân nguyên tử như helium-4 (chứa hai proton và hai neutron, gồm 12 quark cả thảy và do đó có spin toàn phần bằng 6).

Boson