Fermioner
Fermioner (kvaerker og leptoner) følger Fermi-Dirac-statistikk og har dspin hvor s er halve oddeheltall s= (1⁄2, 3⁄2, 5⁄2, .... Fermioner omfatter 6 kvarker(opp, ned, strange, charm, bunn og topp), 6 leptoner (elektron, elektron-neutrino, muon, muon-antineutrino, tauon og tauon-neutrino).
Fermioner kan ikke stables opp på hverandre og lage en bølge sterkere enn minimumsbølgen i et orbital. Det er umulig åe stable elektroner med samme bølgeform. Avhengig av type matematikk er de kategorisert som Weyl-, Dirac- eller Majorana-fermioner. Claus Hugo Hermann Weyl (1885-1955) har gitt viktige bidrag innen kvantefeltteori blant annet Weyl-ligningen. Paul Adrien Maurice Dirac (1901- 1984) var en av grunnleggerne av kvantefeltteori. Ettore Majorana (1906-1959).
Fermioner har navn etter den italienske atomfysikeren Enrico Fermi (1901-1954) fikk nobelprisen i fysikk i 1938 «for hans påvisning av eksistensen av radioaktive grunnstoffer produsert ved nøytronstråling og for hans studier av kjernereaksjoner som skyldes sakte nøytroner». Fermi og var med å konstruere verdens første kjernereaktor, Chicago Pile-1 i Manattanprosjektet.
Bosoner
Bosoner er subatomræe partikler hvor spin s er heltall s= 0,1, 2, 3... Bosoner er artikler med bølger hvor bølgene som kan stables opp på hverandre, Bosoner følger Bose-Einstein-statistikk. Flere bsonbølger stabletoppe på hverandre gir en koherent tilstand. Hvis energien er spredd over mange forskjellige steder så kan de ikke stables og lage en sterkere bølge og er således er inkoherent.
Elektronspin
Spin er en av de fire kvantetallene som beskriver tilstanden til elektroner rundt en atomkjerne.
Rundt en atomkjerne er det plass til to elektroner i et orbital og disse må ha motsatt spin = + ½ og -½ . Ifølge Paulis eksklusjonsprinsipp kan ikke være to elektroner i med samme bølgeform være i et orbital.
Spin forklarer forskjellene på reaktivitet og egenskapene til triplett oksygen, grunntilstanden med parallelle spin i 2pπ-atibindende orbital. Det reaktive singlett oksygen med antiparallle spin i ytre orbital og kan gi fotodynamiske effekter.
Spin angir forskjellen på singlett klorofyll og triplett klorofyll. Spin er en viktig egenskap ved lyseksitasjon av molekyler.
Parallelle spin forklarer de magnetiske egenskapene til jern. Spinglass.
Ifølge den østeriske fysikeren Wolfgang Pauli (1900-1958) som formulerte Paulis ekskllsjonsprinsipp kan ikke to elektroner i samme atom samtidig ha like verdier for alle fire kvantallene. I et 1s orbital er det bare plass til to elektroner, og disse må ha motsatt spin. Pauli fikk nobelprisen i fysikk i 1945 for denne oppdagelsen. For elektroner som er i par vil dette gi oppheving elektronets magnetiske egenskaper (+1/2 og -1/2 opphever hverandre). I atomer hvor flere elektroner spinner i den ene retningen enn den andre er det et uparet elektron, noe som gir opphav til paramagnetisme. Et paramagnetisk stoff blir trukket mot en magnet. Atomer hvor alle elektronene er i par kalles diamagnetiske. Elektroner som beveger seg gjennom en spole kan lage en elektromagnet.
Bølger som er i fase kan øke ved interferens og bølger ute av fase kan oppheve hverandre og minske i intensitet, en forsterkning eller forsvakning kalt diffraksjon . Den tredimensjonale bølgen kna beskrives av de fire kvantetallene n, l , m og s.
Hovedkvantetallet (prinsipalkvantetallet) n= 1, 2 ,3, tilsvarende K, L. M . O P Q som angir energien til bølgen . For kvantetall n kan det være maksimalt n2 orbitaler det vil si 2n2 elektroner med to elektroner i hver orbital
Sekundærkvantetallene (orbitale kvantetal) l deler elektronskallene i orbitaler, samt underskall (subskall). Bikvantetallene kan ha verdiene s, p, d, f, g, h (0, 1, 2, 3, 4, 5..., n-1). For atomer med flere elektroner vil man får en rekkefølge med stigende energi: 1s; 2s; 2p; 3s; 3p; 4s; 3d; 4p; 5s; 4d; 5p; 6s; 4f osv. For en gitt verdi av n kan l variere fra l=0 til l= (n-1). Man bruker bokstavkoder s, p, d, ... for å beskrive verdiene av l.
De magnetiske kvantetallene m deler subskallene i orbitaler avhengig av deres orientering i rommet. Verdiene for m kan variere fra +l til -l. Hvis l = 0 kan m bare ha en verdi: m = 0. Hvis l = 1 kan m ha verdiene +1, 0 og -1. Antallet muligheter for m for s, p, d, og f tilsvarer 1,3,5,7.. osv.
Deler av teksten er hentet fra Periodesystemet
Det er ikke slik at materien består av masse tomrom mellom atomkjerner og elektronskyene. En tung stein kan ikke knuse av sin egen vekt grunnet er de mange sjiktene med elektroner rundt atomkjernene hvor elektroner fra et sjikt ikke kan bevege seg til et lag under grunnet Paulis eksklusjonsprinsipp. Dette er også grunnen at du ikke kan dytte fingrene gjennom en bordplate. Elektroner, protoner og nøytroner er alle bølger
Hvite dverger i siste fase av en stjernes liv og nøytronstjerner i Universet er under enormt press fra gravitasjonskreftene, men kollapser ikke grunnet Paulis eksklusjonsprinsipp for elektroner og nøytroner. Imidlertid blir gravitasjonskreftene for sterke ender den aldrende stjernen som et sort hull.
Energistyrke angis i diskrete enheter og man kan ikke ha et halvt elektron eller halvt foton. Bølgeformen til et elektron kan ha en hump. Et elektron med tre humper kan befinne seg på tre forskjellige steder.
Elektromagnetiske bølger
Radiobølger er koherente. Disse har lange bølgelengder så energien til et foton blir lav men mange bosoner kan gjøre at den kan stables og bli større og lage en kraftigere signalbølge
Wolframtråden i en glødelampe sender ut mange fotoner men hvert foton sendes ut fra forskjellige atomer og lyset er inkoherent.
Laser er lys hvor alle fotoner har samme bølgelengde og samme styrke som fotonet fra en glødelampe, men de er koherente og kan stables på på hverandre og gir derfor en kraftig energirik laserstråle
Spinne
Spinne vil si å rotere. En snurrebass eller jordkloden roterer rundt en akse. Spinne ulltråd på en rokk med roterende hjul og spole. I en av modellene for elektronspin tenkte man seg et roterende elektron som spant den ene eller andre retningen, men hvis elektronet skal være en bølge passer denne analogien dårlig. Spinn anvendes i andre sammenheng som edderkoppspinn, sukkerspinn.
Litteratur
Wikipedia