Guía de Estudios

¿QUÉ SON LOS FERMIONES?

Los fermiones son una especie de partículas subatómicas que forman parte esencial de la estructura de la materia, gracias a sus especiales propiedades cuánticas que favorecen a la distribución de los átomos y las moléculas.

Entonces, ¿cuáles son los fermiones? Son los componentes básicos de los átomos como los electrones, neutrones, protones, quarks y neutrinos.

Estas partículas se someten bajo el Principio de Exclusión de Pauli. Este principio fue ideado por Wolfgang Ernst Pauli en el año 1925 y en él se indica que no puede existir simultáneamente dos fermiones con todos sus números cuánticos iguales. No pueden girar en la misma dirección, pero pueden hacerlo en direcciones opuestas

Pero, ¿qué significa esto? Esto quiere decir que un par de electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos completamente iguales. Estos números cuánticos son:

Número cuántico principal (n)
Número cuántico secundario (l)
Número cuántico magnético (m)
Número cuántico de espín (s).

Cabe señalar que este principio cuántico solo aplica a fermiones, ya que estas partículas componen estados cuánticos antisimétricos que tienen espín semientero.

Por ejemplo, dos neutrones con espín ½ cada uno y dos protones con espín ½ cada uno, pueden combinarse para crear un núcleo de helio o una partícula alfa. En este caso, los espines se combinan (ya sea mediante suma o resta) para crear el espín total de la partícula compuesta.

Propiedades

Componentes básicos de los átomos y las moléculas.
Los fermiones tienen espines que son múltiplos de semienteros, como 1/2, 3/2 y 5/2.
Dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo.
Son partículas solitarias.
Interactúan entre sí a través de bosones de gauge.
Se rigen bajo las estadísticas de Fermi-Dirac.
Tienen números cuánticos bariónicos o leptónicos conservados.

Descubrimiento

El matemático y físico Hermann Weyl planteó en el año 1929 la existencia del fermión de Weyl. No obstante, no fue hasta 86 años después, específicamente en el 2015, que un equipo internacional de investigadores dirigido por M. Zahid Hasan de la Universidad de Princeton descubrió oficialmente el fermión de Weyl.

Para realizar el descubrimiento, los investigadores utilizaron espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo (ARPES) para analizar la superficie y la estructura de bandas en masa del arseniuro de tantalio (TaAs). Los científicos revelaron que las características de la estructura de bandas de TaAs corroboraban la existencia de fermiones de Weyl.