Фе'рми – Дира'ка стати'стика,
квантовая статистическая физика
,
применимая к системам тождественных частиц с полуцелым спином
(1
/2
, 3
/2
,... в единицах Планка постоянной
). Ф. – Д. с. предложена Э. Ферми
в 1926; в том же году П. Дирак
выяснил её квантовомеханический смысл.
В квантовой физике состояние системы описывается волновой функцией
,
зависящей от координат и спинов всех её частиц. Для системы частиц, подчиняющихся Ф. – Д. с. (фермионов
),
волновая функция антисимметрична, т. е. меняет знак при перестановке любой пары тождеств. частиц. В 1940 В. Паули
доказал, что тип статистики однозначно связан со спином частиц (в отличие от частиц с полуцелым спином, совокупность частиц с целым спином подчиняется Бозе – Эйнштейна статистике
).
Согласно Ф. – Д. с., в каждом квантовом состоянии может находиться не более одной частицы (Паули принцип
).
Для идеального газа фермионов (ферми-газа
) в случае равновесия среднее число
частиц в состоянии с энергией E i
определяется функцией распределения Ферми:
, где буквой i
помечен набор квантовых чисел, характеризующих состояние частицы, k – Больцмана постоянная
, Т –
абсолютная температура газа, m – химический потенциал
.
Ф. – Д. с. применима к ферми-газам и ферми-жидкостям.
Д. Н. Зубарев.