위키득계정 ↗
과학

페르미온

페르미온과학
영어
Fermion
스핀 양자수
1/2, 3/2, 5/2, …
상태 점유
동일한 전체 양자상태를 중복 점유할 수 없음
예
전자, 쿼크, 양성자, 중성자
페르미온은 스핀 양자수가 1/2, 3/2, 5/2처럼 반정수이고 파울리 배타 원리를 따르는 입자다. 전자와 쿼크 같은 기본입자뿐 아니라 양성자와 중성자 같은 복합입자도 페르미온에 해당한다.

같은 종류의 입자에 대한 제약

배타 원리는 동일한 페르미온들에 적용된다. 전자와 양성자가 서로 다른 입자라는 사실을 무시하고 두 입자 모두 같은 상태를 쓸 수 없다고 묶어 말하면 안 된다. 또한 전체 양자상태를 구별하는 스핀 등의 조건을 함께 보아야 한다.

같은 공간 영역과의 차이

두 전자는 서로 다른 스핀 상태로 같은 공간 오비탈을 점유할 수 있다. 따라서 페르미온이 같은 공간 영역에 전혀 존재할 수 없다는 표현은 부정확하다. 금지되는 것은 위치에 관한 설명만이 아니라 스핀을 포함한 동일한 한 입자 상태의 중복 점유다.

복합입자도 포함

양성자와 중성자는 쿼크들로 이루어져 있지만 각각 스핀 1/2의 페르미온이다. 한편 구성 입자가 페르미온이라고 그 복합계가 반드시 페르미온인 것은 아니다. 양성자 두 개와 중성자 두 개로 이루어진 헬륨4 원자핵은 스핀 0의 보손이다.

물질의 구조와 연결

전자들의 상태 채움은 원자의 전자 배치와 고체의 전자적 성질을 이해하는 데 중요하다. 모든 전자가 최저 상태 하나로 모일 수 없으므로 여러 상태를 채운다. 하지만 이 제약만으로 실제 에너지 순서나 물질의 모든 성질이 결정되는 것은 아니다.

관련 문서

파울리 배타 원리 / 보손 / 전자 / 양성자 / 중성자 / 쿼크 / 전자 배치 / 자유전자 모형