In fisica delle particelle, i fermioni sono una delle due classi fondamentali di particelle elementari, l'altra classe sono i bosoni. I fermioni sono particelle che seguono le statistiche di Fermi-Dirac, un insieme di regole statistiche sviluppate da Enrico Fermi e Paul Dirac.
I fermioni hanno uno spin semi-intero (1/2, 3/2, 5/2, ecc.)
e obbediscono al principio di esclusione di Pauli, secondo il quale due
fermioni identici non possono occupare lo stesso stato quantico
contemporaneamente. Ciò significa che, ad esempio, due elettroni non possono
occupare lo stesso stato quantico in un atomo. Di conseguenza, i fermioni sono
caratterizzati da una struttura di riempimento degli stati che determina la
stabilità degli atomi e la formazione delle proprietà chimiche degli elementi.
I fermioni includono le particelle di materia che
costituiscono gli atomi, come gli elettroni, i quark e i leptoni (come il
neutrino e l'elettrone). Gli adroni, come i protoni e i neutroni, sono anche
fermioni perché sono costituiti da quark. I fermioni sono essenziali per la
formazione della materia e sono i costituenti fondamentali degli atomi e delle
particelle subatomiche.
In contrasto con i fermioni, i bosoni sono particelle che
seguono le statistiche di Bose-Einstein e hanno spin intero (0, 1, 2, ecc.). I
bosoni includono particelle come i fotoni, i gluoni e i bosoni W e Z. A
differenza dei fermioni, i bosoni non sono soggetti al principio di esclusione
di Pauli e possono occupare lo stesso stato quantico contemporaneamente, il che
consente fenomeni come la formazione di raggi laser e la condensazione di
Bose-Einstein.
L'importanza dei fermioni e dei bosoni nella fisica delle
particelle e nella teoria dei campi è fondamentale per comprendere le proprietà
e le interazioni delle particelle elementari che costituiscono l'universo.
