在粒子物理学中，费米子是一种遵守费米-狄拉克统计规则的粒子，即泡利不相容原理。这些费米子也有一个包含半整数值的量子自旋，比如1/2、-1/2、-3/2等等。（相比之下，还有其他类型的粒子，称为玻色子，具有整数自旋，如0、1、-1、-2、2等。）

是什么让费米子如此特别

费米子有时被称为物质粒子，因为它们是构成我们所认为的世界中大部分物理物质的粒子，包括质子、中子和电子。

1925年，物理学家沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli）首次预言了费米子，当时他正试图找出如何解释尼尔斯·波尔（Niels Bohr）在1922年提出的原子结构。波尔利用实验证据建立了一个包含电子壳层的原子模型，为电子围绕原子核运动创造了稳定的轨道。虽然这与证据吻合得很好，但没有特别的理由说明这个结构会是稳定的，这就是泡利试图达到的解释。他意识到如果你给这些电子分配了量子数（后来称为量子自旋），那么似乎有某种原理意味着没有两个电子处于完全相同的状态。这条规则被称为泡利不相容原理。

1926年，恩里科·费米（Enrico Fermi）和保罗·狄拉克（Paul Dirac）独立地试图理解看似矛盾的电子行为的其他方面，并由此建立了一种处理电子的更完整的统计方法。尽管费米首先开发了这个系统，但它们之间的距离足够近，而且都做了足够多的工作，以至于后人将他们的统计方法命名为费米-狄拉克统计，尽管粒子本身是以费米自己的名字命名的。

费米子不可能全部坍缩到同一个状态，这也是泡利不相容原理的最终含义，这一事实非常重要。太阳内部的费米子（以及所有其他恒星）在强大的引力作用下一起坍缩，但由于泡利不相容原理，它们无法完全坍缩。因此，产生的压力会推动恒星物质的引力坍缩。正是这种压力产生了太阳热，不仅为我们的星球提供了燃料，也为我们宇宙的其他部分提供了大量能源。。。包括恒星核合成所描述的重元素的形成。

基本费米子

总共有12个基本费米子——不是由更小的粒子组成的费米子——已经被实验确定。它们分为两类：

• 夸克-夸克是组成强子的粒子，如质子和中子。有6种不同类型的夸克：上夸克魅力夸克上夸克下夸克奇怪夸克下夸克
• 轻子-有6种类型的轻子：电子中微子中微子中微子中微子中微子中微子中微子

除了这些粒子外，超对称理论还预测每个玻色子都会有一个迄今未被发现的费米子对应物。由于有4到6个基本玻色子，这就意味着——如果超对称性是真的——还有4到6个基本费米子尚未被探测到，大概是因为它们高度不稳定，并且已经衰变为其他形式。

组合费米子

除了基本费米子之外，另一类费米子可以通过将费米子组合在一起（可能与玻色子一起）来产生一个半整数自旋的粒子。量子自旋加起来，所以一些基本的数学表明，任何包含奇数个费米子的粒子都会以半整数自旋结束，因此，它本身就是费米子。一些例子包括：

• 重子——这些粒子，像质子和中子一样，由三个夸克连接在一起组成。因为每个夸克都有一个半整数自旋，所以产生的重子总是有一个半整数自旋，不管哪三种夸克结合在一起形成它。
• 氦-3-在原子核中包含2个质子和1个中子，还有2个电子围绕着它旋转。由于费米子的数目是奇数，因此产生的自旋是半整数值。这意味着氦-3也是费米子。

安妮·玛丽·赫尔曼斯汀博士编辑。