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Lexikon der Astronomie: Fermionen

Der Begriff Fermionen leitet sich von dem italienischen Kernphysiker Enrico Fermi (1901 – 1954) ab. Fermionen heißen alle Teilchen mit halbzahligem Spin. Spin ist ein Freiheitsgrad der Teilchen (eine Quantenzahlen), der erst mit der relativistischen Quantenmechanik aufgekommen ist und anschaulich mit der Hilfsvorstellung verbunden wird, dass das Teilchen um die eigene Achse rotiert (Eigendrehimpuls). Letztendlich lag diese Vorstellung nahe, weil ebenso wie der klassisch bekannte Bahndrehimpuls der Spin (wie im Übrigen auch Isospin und schwacher Isospin) einer quantenmechanischen Drehimpuls-Algebra gehorchen. Die Anschaulichkeit geht jedoch sicherlich – wie in vielen Bereichen der Quantentheorie – verloren, wenn man sich die Wellenfunktion dieses Teilchens mit Spin vergegenwärtigt. Quanten sollte man sich nicht als rotierende Kügelchen vorstellen.

Konsequenzen für den Materieaufbau

Die Fermionen unterscheiden sich fundamental von den Teilchen mit ganzzahligem Spin, die die Physiker Bosonen nennen. Das so genannte Spin-Statistik-Theorem setzt diese Spineigenschaften in Bezug zur Quantenstatistik. Fermionen genügen der Fermi-Dirac-Statistik. Letztendlich sind diese Sachverhalte von grundlegender Wichtigkeit für den Aufbau der Materie.

Beispiele für Fermionen

Bekannte Fermionen mit Spin 1/2 sind das Elektron, die Quarks und die Nukleonen. Sie unterliegen alle dem Pauli-Prinzip. In der Astrophysik hat das Konsequenzen für den inneren Aufbau von kompakten Sternen, z.B. für Weiße Zwerge, Neutronensterne und Quarksterne (Stichwort: Entartungsdruck).

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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