БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ФЕ)

Вырожденный газ электронов проводимости в твёрдом теле при Т = 0 К заполняет в импульсном пространстве поверхности более сложной формы (см. Ферми поверхность ) .

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964 (Теоретическая физика, т. 5).

М. И. Каганов.

Фе'рми(Fermi) Энрико (29.9.1901, Рим, – 28.11.1954, Чикаго), итальянский физик, внёсший большой вклад в развитие современной теоретической и экспериментальной физики. После окончания в 1922 Пизанского университета учился в Германии и Нидерландах. В 1926–38 профессор Римского университета; Ф. оказал большое влияние на формирование итал. школы современной физики. В 1938 он эмигрировал из фашистской Италии. В 1939–45 профессор Колумбийского университета, руководил исследовательскими работами США в области использования ядерной энергии. С 1946 профессор Чикагского университета.

Ф. принимал деятельное участие в создании основ квантовой физики. В 1925 он разработал статистику частиц, подчиняющихся Паули принципу (см. Ферми – Дирака статистика ) . В 1934 создал количественную теорию b-распада, основанную на предположении В. Паули о том, что b-частицы испускаются одновременно с нейтрино. В 1934–38 Ф. с сотрудниками изучал свойства нейтронов и практически заложил основы нейтронной физики; впервые наблюдал искусственную радиоактивность, вызванную бомбардировкой нейтронами ряда элементов (в т. ч. урана), открыл явление замедления нейтронов и создал теорию этого явления (Нобелевская премия, 1938). В декабре 1942 Ф. впервые удалось осуществить ядерную цепную реакцию в построенном им первом в мире ядерном реакторе, где в качестве замедлителя нейтронов использовался графит, в качестве горючего – уран.

Последние годы жизни занимался физикой высоких энергий. Впервые начал экспериментальные исследования взаимодействий заряженных p-мезонов разных энергий с водородом и получил ряд фундаментальных результатов. Ф. принадлежат также теоретические работы в области физики высоких энергий (статистическая теория множественного образования мезонов в соударении двух нуклонов, теория происхождения космических лучей и др.).

Соч.: Zur Quantelung des idealen einatomigen Gases, «Zeitschrift für Physik», 1926, Bd 36, Н. 11/12; Artificial radioactivity produced by neutron bombardment, «Procedings of the RoyalSociety», s. A, 1934, v. 146, № 857; то же, там же, 1935, v. 149, № 868 (совместно с др.); On the absorption and the diffusion of slow neutrons, «Physical Review», s. 2, 1936, v. 50, № 10 (совместно с E. Amaldi); Tentative diunaTeoria dei raggi «b», «Nuovo Cimento», 1934, v. 11, № 1; в рус. пер. – Ядерная физика, М., 1951; Лекции по атомной физике, М., 1952; Элементарные частицы, 2 изд., М., 1953; Молекулы и кристаллы, М., 1947; Элементарная теория котлов с цепными ядерными реакциями, «Успехи физических наук», 1947, т. 32, в. 1, с. 54–65; Лекции о p-мезонах и нуклонах, М., 1956; Научные труды, т. 1–2, М., 1971–1972; Термодинамика, 2 изд., Хар., 1973.

Лит.: Понтекорво Б., Энрико Ферми, «Успехи физических наук», 1955, т. 57, в. 3; Ферми Л., Атомы у нас дома, пер. с англ., М., 1958.

Б. М. Понтекорво.

Э. Ферми.

Фе'рми-газ,газ Ферми, газ из частиц с полуцелым спином, подчиняющийся Ферми – Дирака статистике. Ф.-г. из невзаимодействующих частиц называется идеальным Ф.-г. К Ф.-г. относятся электроны в металлах и полупроводниках, электроны в атомах с большими атомными номерами, нуклоны в тяжёлых атомных ядрах, газы квазичастиц с полуцелым спином. При температуре Т = 0 К идеальный Ф.-г. находится в основном состоянии и его частицы заполняют все квантовые состояния с энергией вплоть до некоторой максимальной, зависящей от плотности газа и называется энергией Ферми ( E F ) , а состояния с энергией Е > E F – свободны (полное квантовое вырождение Ф.-г.). При T ¹ 0 К среднее число заполнения квантового состояния идеального Ф.-г. описывается функцией распределения ферми. Для неидеального Ф.-г. также существует граничная энергия Ферми, хотя его частицы не находятся в определенных квантовых состояниях. В неидеальном Ф.-г. электронов в металле при очень низких температурах вследствие притяжения электронов с равными но противоположно направленными импульсами и спинами возможно образование коррелированных пар электронов ( Купера эффект ) и переход металла в сверхпроводящее состояние, Ф.-г. электронов в тяжёлых атомах описывается моделью Томаса – Ферми (см. Самосогласованное поле ) .

Д. Н. Зубарев.

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.

Фе'рми-жи'дкость, квантовая жидкость из тождественных частиц (или квазичастиц ) с полуцелым спином (фермионов).

Фе'рмий(лат. Fermium, в честь Э. Ферми ) , Fm, искусственно полученный радиоактивный химический элемент семейства актиноидов, атомный номер 100; стабильных изотопов не имеет (известны изотопы Ф. с массовыми числами от 244 до 258). Впервые Ф. идентифицирован А. Гиорсо и др. в январе 1953 в виде изотопа 255Fm с периодом полураспада T 1/2 = 20,1 ч, который содержался в пыли, собранной после термоядерного взрыва (работа производилась с участием учёных Радиационной лаборатории Калифорнийского университета, Лос-Аламосской научной лаборатории и Аргоннской национальной лаборатории). Обнаруженный изотоп – продукт b-распада 255U, образовавшегося в результате последовательного захвата 17 нейтронов ядрами 238U.