查看“︁费米子”︁的源代码

{{noteTA|G1=物理學}}
[[File:Enrico Fermi 1943-49.jpg|right|thumb|200px|恩里科·費米]]
在[[粒子物理學]]裏，'''费米子'''（{{lang-en|'''fermion'''}}）是遵守[[费米-狄拉克统计]]的[[粒子]]。費米子包括所有[[夸克]]與[[輕子]]，任何由奇數個夸克或輕子組成的複合粒子，所有[[重子]]與很多種[[原子]]與[[原子核]]都是費米子。術語費米子是由[[保羅·狄拉克]]給出，紀念[[恩里科·費米]]在這領域所作的傑出貢獻。<ref>Notes on Dirac's lecture ''Developments in Atomic Theory'' at Le Palais de la Découverte, 6 December 1945, UKNATARCHI Dirac Papers BW83/2/257889. See note 64 on page 331 in "The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom" by Graham Farmelo</ref>

費米子可以是[[基本粒子]]，例如[[電子]]，或者是[[複合粒子]]，例如[[質子]]、[[中子]]。根據[[量子場論|相對論性量子場論]]的[[自旋統計定理]]，[[自旋]]為整數的粒子是[[玻色子]]，自旋為半整數的粒子是費米子。除了這自旋性質以外，費米子的[[重子數]]與[[輕子數]]守恆。因此，時常被引述的「自旋統計關係」實際是一種「自旋統計量子數關係」。<ref>{{cite journal
 | last =Weiner
 | first =Richard
 | title =Spin-statistics-quantum number connection and supersymmetry
 | journal =Physical Review D
 | volume =87
 | issue =
 | pages =0550003
 | publisher =
 | location =
 | year =2013
 | language =
 | url =http://arxiv.org/pdf/1302.0969
 | doi =10.1103/PhysRevD.87.055003
  | accessdate =July 17, 2014 }}</ref>

[[File:Asymmetricwave2.png|right|thumb|200px|在[[無限深方形阱]]裏，兩個全同費米子的反對稱性波函數繪圖。<ref group="註">反對稱性波函數為 <math>[\sin(x)\sin(3y)-\sin(3x)\sin(y)]/\sqrt{2},\qquad 0\le x,y \le \pi</math> 。注意到在 <math>x=y</math> 附近，機率輻絕對值很微小，兩個費米子趨向於彼此互相遠離對方。</ref>]]
根據費米-狄拉克統計，對於N個全同費米子，假設將其中任意兩個費米子交換，則由於描述這量子系統的[[波函數]]具有[[反對稱性]]，波函數的正負號會改變。<ref name="Srednicki2007">{{cite book|author=Mark Srednicki|title=Quantum Field Theory|date=25 January 2007|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-1-139-46276-1|url=http://www.physics.ucsb.edu/~mark/qft.html|access-date=2014-07-19|archive-date=2011-07-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20110725093208/http://www.physics.ucsb.edu/~mark/qft.html|dead-url=no}}</ref>{{rp|28-29}}由於這特性，費米子遵守[[包利不相容原理]]：兩個全同費米子不能占有同樣的量子態。因此，物質具有有限體積與硬度。費米子被稱為物質的組成成分。質子、中子、電子是製成日常物質的關鍵元素。<ref name=Sakurai>{{Citation  | last1 = Sakukrai  | first1 = J. J.  |last2 = Napolitano  | first2 = Jim  | title = Modern Quantum Mechanics  | edition = 2nd  | publisher = Addison-Wesley  | year = 2010 | isbn =978-0805382914  }}</ref>{{rp|450-452}}

==基本費米子==
標準模型確認兩種基本費米子：夸克與輕子。而這2類基本費米子，又分為合共24種[[味 (粒子物理学)|味]]（{{lang|en|flavor}}）：
* 12種[[夸克]]：包括[[上夸克]] （u）、[[下夸克]] （d）、[[奇夸克 ]]（s）、[[魅夸克]] （c）、[[底夸克]] （b）、[[頂夸克]] （t），及它們對應的6種[[反粒子]]。
* 12種[[轻子]]：包括[[电子]]（e<sup>-</sup>）、[[μ子]] （μ<sup>-</sup>）、[[τ子|陶子]] （τ<sup>-</sup>）、[[微中子|電微中子]]（ν<sub>e</sub>）、[[微中子|緲微中子]]（ν<sub>μ</sub>）、[[微中子|陶微中子]]（ν<sub>τ</sub>），及对应的6種[[反粒子]]。

理論而言，費米子有三種：不帶質量的[[外爾費米子]]（Weyl fermion）、帶質量的[[狄拉克費米子]]（Dirac fermions）、粒子與反粒子相同的[[馬約拉納費米子]]。物理學者認為，大多數標準模型費米子是狄拉克費米子，雖然物理學者們尚不清楚中微子是狄拉克中微子還是馬約拉納中微子。狄拉克費米子可以視為[[手徵性|左手]]的外爾費米子與[[手徵性|右手]]的外爾費米子的組合。<ref name="MoriiLim2004">{{cite book|author1=T. Morii|author2=C. S. Lim|author3=S. N. Mukherjee|title=The Physics of the Standard Model and Beyond|date=1 January 2004|publisher=World Scientific|isbn=978-981-279-560-1}}</ref>{{rp|106}}

==複合費米子==
依它們組成的成分而定，複合粒子可以是玻色子或費米子。更精準而言，由於自旋與統計之間的關係，奇數數量的費米子可以組成一個費米子，它的自旋為半整數。例如，<ref name="Jr.2004">{{cite book|author=Charles P. Poole, Jr.|title=Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics|url=http://books.google.com/books?id=CXwrqM2hU0EC|date=11 March 2004|publisher=Academic Press|isbn=978-0-08-054523-3|access-date=2014-07-19|archive-date=2016-12-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20161221024547/https://books.google.com/books?id=CXwrqM2hU0EC|dead-url=no}}</ref>{{rp|439}}
*像[[中子]]、[[质子]]這些強子，都是由三個[[夸克]]组成的費米子。
*[[碳-13]]的原子核含有六個質子、七個中子，因此，它是費米子。
*[[氦-3]] （<sup>3</sup>He）原子含有兩個質子、一個中子、兩個電子，因此，它是費米子。

在複合粒子內部的玻色子數量不會改變這複合粒子是玻色子還是費米子。

複合粒子到底是玻色子還是費米子，這判別是在遠距離（與粒子尺寸做比較）進行。在複合粒子鄰近，空間結構開始顯得重要，其物理行為與組成的成份有關。

當費米子鬆散地結合成對時，可能會展示出玻色子行為。這物理機制造成了[[氦-3]]的[[超導]]性質與[[超流體]]性質的。在超導物質裏，通過交換[[聲子]]，電子形成[[庫柏對]]；在氦-3裏，庫柏對是通過[[自旋]]漲落形成庫柏對。

在[[分數量子霍爾效應]]（fractional quantum Hall effect）裏出現的準粒子知名為複合費米子，它是負載偶數個量子渦旋的電子。

== 参阅 ==
* [[任意子]]
* [[手徵性]]
* [[費米凝聚]]
* [[費米場]]（Fermionic field）
* [[全同粒子]]

==註釋==
{{reflist|group="註"}}
==參考文獻==
{{reflist}}

{{粒子}}

{{Authority control}}
{{DEFAULTSORT:F}}
[[Category:费米子|*]]
[[Category:粒子物理學]]
[[Category:量子場論]]