
【化】 Fermi momentum
Fermi
【化】 femtometre (fm); fermi
momentum
【化】 momentum
【医】 momentum
费米动量(Fermi momentum)是量子统计物理学中描述费米子体系的重要参数,指在绝对零度时费米子占据的最高动量状态。该概念由恩里科·费米于1926年提出,是理解金属电子行为、中子星物质状态等凝聚态系统的关键基础。
物理意义与应用
在自由电子气模型中,费米动量对应着费米能级处的电子动量。对于金属导体,其数值范围通常在$p_F approx 10^{-24}mathrm{kg cdot m/s}$量级,对应的费米速度可达$10mathrm{m/s}$。该参数直接决定材料的导电性、热容等宏观性质(来源:《凝聚态物理学原理》,剑桥大学出版社)。
数学表达式
三维系统中的费米动量计算公式为: $$ p_F = hbar (3pi n)^{1/3} $$ 其中$n$为粒子数密度,$hbar$为约化普朗克常数(来源:美国物理学会《现代物理评论》专题报告)。
天体物理延伸
中子星内部物质密度高达$10^{17}mathrm{kg/m}$,此时中子形成的费米动量可达相对论范畴,对应的费米能量超过100 MeV(来源:欧洲核子研究中心年度白皮书)。
费米动量是量子统计物理中的重要概念,指在绝对零度时,由费米子(如电子、质子等)组成的系统中,粒子在动量空间所能占据的最大动量值。以下为详细解释:
基本定义
费米动量($p_F$)对应费米能级($E_F$)的动量形式,两者关系为:
$$
E_F = frac{p_F}{2m}
$$
其中$m$为粒子质量。它反映了泡利不相容原理下,无相互作用费米子系统的动量分布上限。
物理意义
在动量空间中,所有费米子的动量构成一个实心球体(费米球),其半径即为费米动量。每个费米子的动量都不超过该值,这由量子力学中的全同性原理决定。
与物质状态的关系
这一概念由物理学家费米(Enrico Fermi)在量子统计理论中提出,其名称来源于对这位诺贝尔奖得主的纪念。
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