fermión

Los fermiones son partículas con espín semientero, como 1/2 o 3/2. Según el teorema de estadística de spin, obedecen la estadística de Fermi-Dirac y sus funciones de onda para partículas idénticas deben cambiar de signo al intercambiarse. Este principio se resume en la exclusión de Pauli: dos fermiones idénticos no pueden ocupar exactamente el mismo estado cuántico. La exclusión de Pauli es fundamental para la estructura atómica y la microscopía de los sistemas cuánticos.

Entre los fermiones se cuentan las partículas elementales, como quarks y leptones (electrón, muón, neutrinos, etc.). También existen fermiones compuestos, como los protones y neutrones, que, al estar formados por tres quarks, tienen espín total semientero. Sus antipartículas también se describen con espín semientero y cumplen reglas análogas.

La exclusión de Pauli explica la configuración electrónica de los átomos: los electrones ocupan diferentes estados y llenan niveles y subniveles, dando lugar a la estructura de la tabla periódica y a propiedades químicas. En la astrofísica, la presión de degeneración de fermiones impide que la materia de enanas blancas y de estrellas de neutrones se comprima indefinidamente.

En física de muchos cuerpos, los fermiones se describen mediante la distribución de Fermi-Dirac y operadores de creación/aniquilación que anticomutan. También pueden aparecer fermiones emergentes en sistemas de materia condensada, como parte de la descripción de fenómenos como la superconductividad, ampliando su papel en la física moderna. Los fermiones se distinguen de los bosones, que poseen espín entero y obeyen la estadística de Bose-Einstein.