Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2): l'électron, le muon, le neutrino et les quarks sont des fermions.
Les fermions se regroupent en deux familles:
Les autres fermions sont tous composés.
Dans la famille des leptons, on connaît :
On compte six représentants de la famille des quarks : le quark down (d), le quark up (u), le quark strange (s) et trois autres, produits en laboratoire. Les quarks s'associent par triplets pour former protons (u, u et d) et neutrons (d, d et u). Leur masse varie, mais est dans tous les cas bien supérieure à celle de l'électron. Ils possèdent une charge de couleur qui les soumet à l'interaction forte, la plus importante des interactions.
Le principe d'exclusion de Pauli formulé en 1925 par Wolfgang Pauli interdit à deux fermions de se trouver au même endroit dans le même état quantique.
Ainsi dans l'atome, tous les électrons ont des nombres quantiques différents et c'est le cas dans tous les autres système de fermions...
À l'échelle quantique, les fermions présentent une nature duale, c'est-à-dire qu'il peuvent se comporter comme des particules mais aussi comme des ondes.
À l'échelle macroscopique, les fermions apparaissent tous comme des particules: c'est le cas de l'électron, du muon et de tous les autres fermions...
On remarque également que tous les fermions ont une charge quelconque: le neutrino a une charge faible, l'électron a, en plus, une charge électrique et les quarks naturels (qui ne sont pas obtenus en laboratoire) ont à la fois des charges électrique et faible mais aussi une charge de couleur le soumettant à l'interaction forte.
Enfin, si les bosons peuvent être vecteurs d'interactions, ce n'est jamais le cas pour les fermions...
Tableau récapitulatif :
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Charge |
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stable | down | up | électron | neutrino électronique | proton | ||||
instable | strange beauty |
charmed top |
muon tauon |
neutrino muonique neutrino taunique |
neutron | Sigma - Ksi - Oméga - |
Sigma 0 Ksi 0 Lambda 0 |
Sigma + Lambda + |