費米子到底是什麼?

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粒子按自旋量子數分為兩類，一是費米子，自旋取半整數(1/2，3/2，…)，遵守全同粒子交換反對稱；二是玻色子，自旋取整數(0，1，2，…)，遵守全同粒子交換對稱。
全同粒子指內稟屬性相同的粒子，如任何原子的電子，其質量、電荷、自旋、荷、輕子數等相同，人們不能據此區分電子，但可以區分質子和電子。

電子自旋為1/2，是費米子。
原子中的電子處於束縛態，可以用4個量子數來表徵，它們是(n，l，lm，sm)，分別是能量、角動量、角動量第三分量、自旋第三分量的量子數。
考慮氦原子的兩個電子僅在庫侖力作用下的體系波函數，體系的波函數必須是交換反對稱。如果體系波函數可寫成空間波函數（描述能量、角動量、角動量第三分量）與自旋波函數的直積，則有以下情況：

1、空間波函數交換對稱，自旋波函數交換反對稱

2、空間波函數交換反對稱，自旋波函數交換對稱

如果有兩個電子的這四個量子數相同，則要麼空間波函數等於零，要麼自旋波函數等於零，這樣體系的波函數是0，因此概率等於0.這就是Pauli不相容原理，量子態相同的全同費米子的概率是0，即費米子的每一個量子態只可以有一個費米子。對於大量的全同費米子組成的統計系統，量子態上的費米子數目遵守費米狄拉克統計分布。玻色子不受Pauli不相容原理的約束，全同玻色子的統計系統，遵守波色愛因斯坦統計分布。

粒子被視為點粒子，我們可以讓全同費米子佔據相同的位置，只要它們有不相同的量子數。

基本粒子分為兩種，一種叫「費米子」（fermion），以美國物理學家恩利克·費米的名字命名，另一種叫「玻色子」（boson），以印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色的名字命名。這兩個術語在被提及時經常相互對比，它們的主要區別是自旋特性不同。

上面的「標準模型」（Standard Model）里，紫色和綠色的都是「費米子」，紅色的是「玻色子」。「費米子」應該是人們最熟悉的一類粒子，因為它們都擁有靜止質量，包括全部夸克和輕子，還有相應的反粒子。右邊用黃色標出了最新發現的「希格斯粒子」，它屬於「玻色子」。

圖片來源：

http://www.quantumdiaries.org/2014/03/14/the-standard-model-a-beautiful-but-flawed-theory/

「自旋」（spin）是所有粒子的一個固有特性，可以把它理解為地球繞地軸的自轉。從圖上的標示能夠看出，全部「費米子」的自旋都是「半整數」自旋，比如 1/2，3/2；而「玻色子」的自旋全是整數，比如 1，2。

另一個重要的特性在於，「費米子」遵循「費米-狄拉克統計」（Fermi-Dirac statistics）。這意味著全部「費米子」都要符合「泡利不相容原理」（Pauli』s exclusion principle），也就是多個費米子無法同時處於同一量子態。通俗地說，就是多個費米子無法在同一時間處於同一位置，還擁有相同的能量。這使得電子等粒子難以穿過物體。

相對地，「玻色子」遵循的是「玻色-愛因斯坦統計」（Bose-Einstein statistics）。多個「玻色子」可以處於同一位置，這使得像光子這樣的粒子不會佔據空間。

可以參考這裡：

知乎問題：目前的基本粒子有哪些？。

這個坑好大，讓我再多學一學再來填坑。。

自旋為半整數的基本粒子（如1/2、3/2、5/2）低能態時遵守費米子守恆定律，即數量不變（一正一反不計數量例如一個電子和一個正電子不計數）其性質由費米預言所以稱費米子與其相對的是自旋為整數的玻色子（如光子）