Το φερμιόνιο είναι μια κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων. Είναι πολύ μικρά και πολύ ελαφριά. Τα φερμιόνια μπορούν να θεωρηθούν ως τα δομικά στοιχεία της ύλης, επειδή τα άτομα αποτελούνται από φερμιόνια. Ο Paul Dirac τα ονόμασε φερμιόνια προς τιμήν ενός διάσημου επιστήμονα που ονομαζόταν Enrico Fermi.


Ένα ηλεκτρόνιο (ένα φορτισμένο σωματίδιο) είναι φερμιόνιο, αλλά ένα φωτόνιο (το σωματίδιο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) δεν είναι. Οι αριθμοί σπιν των φερμιονίων είναι 1/2, 3/2, 5/2 κ.λπ. Επειδή το σπιν τους δεν είναι ακέραιος αριθμός, ακολουθούν την αρχή αποκλεισμού του Pauli: δύο φερμιόνια δεν μπορούν να μοιραστούν μια κβαντική κατάσταση (η οποία περιλαμβάνει τη θέση τους στο χώρο), αν έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς, όπως το σπιν. Με άλλα λόγια, τα φερμιόνια μπορούν να συγκρουστούν μεταξύ τους. Αυτή η συμπεριφορά δεν ισχύει στην άλλη κατηγορία στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζονται μποζόνια: μπορείτε να έχετε πολλά μποζόνια, για παράδειγμα φωτόνια, στο ίδιο μέρος την ίδια στιγμή. Η κίνηση των φερμιονίων ακολουθεί τη στατιστική Fermi-Dirac.

Τα περισσότερα γνωστά φερμιόνια έχουν σπιν 1/2. Ένα παράδειγμα ενός τύπου φερμιονίου με σπιν 1/2 είναι το ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο ανήκει σε μια ομάδα φερμιονίων που ονομάζονται λεπτόνια.

Τα θεμελιώδη φερμιόνια (φερμιόνια που δεν αποτελούνται από τίποτα άλλο) είναι είτε κουάρκ είτε λεπτόνια. Υπάρχουν 6 διαφορετικοί τύποι κουάρκ (που ονομάζονται "γεύσεις") και 6 διαφορετικοί τύποι λεπτονίων. Αυτά είναι τα ονόματά τους:

  • Κουάρκ - πάνω, κάτω, γοητευτικά, παράξενα, πάνω, κάτω
  • Λεπτόνια - ηλεκτρόνιο, μιόνιο, ταυ, νετρίνο ηλεκτρονίου, νετρίνο μιονίου, νετρίνο ταυ

Κάθε ένα από αυτά τα φερμιόνια έχει επίσης ένα αντισωματίδιο που συνδέεται με αυτό, έτσι υπάρχουν συνολικά 24 διαφορετικά θεμελιώδη φερμιόνια. Το αντισωματίδιο είναι παρόμοιο με το αρχικό σωματίδιο, αλλά με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Τα "up", "charm" και "top" κουάρκ έχουν ηλεκτρικό φορτίο +2/3. Τα αντισωματίδιά τους έχουν φορτίο -2/3 (anti-up, anti-charm, anti-top). Τα άλλα τρία κουάρκ (down, strange και bottom) έχουν φορτίο -1/3 και τα αντισωματίδιά τους έχουν φορτίο +1/3. Τα λεπτόνια ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ έχουν φορτίο -1, και τα αντισωματίδιά τους (αντι-ηλεκτρόνιο ή "ποζιτρόνιο", αντι-μιόνιο, αντι-ταυ) έχουν φορτίο +1. Όλα τα νετρίνα και τα αντι-νετρίνα έχουν φορτίο 0. Η κύρια διαφορά μεταξύ κουάρκ ή λεπτονίων με το ίδιο φορτίο είναι η μάζα τους.

Το υπερσυμμετρικό αντίστοιχο οποιουδήποτε φερμιονίου ονομάζεται "σφερμιόνιο".