标准模型的粒子，质量在左上角指示。 费米子占据了左三列，玻色子占据了右二列在整个宇宙中，只有两种类型的基本粒子：费米子和玻色子。 每个粒子除具有质量和电荷等通常已知的特性外，还具有其固有的角动量，称为自旋。 具有半整数自旋（±1/2，±3/2，±5/2等）的粒子称为费米子。 具有整数自旋（0，±1，±2，..）的粒子是玻色子。 宇宙中没有其他基本或复合粒子。 但是为什么重要呢？ 我们的读者问：
你能解释费米子和玻色子之间的区别吗？ 从完整旋转到半整数会发生什么变化？
乍一看，按此类属性将粒子划分为几类似乎是随机的。
标准模型中的已知粒子。 所有这些都是直接发现的基本粒子。 在引力子上，自旋仍等于2，尽管仍未被发现。毕竟，粒子是粒子，不是吗？ 当然，夸克（受强相互作用的影响）和轻子（不受此影响）之间的区别要大于费米子和玻色子之间的区别？ 当然，物质与反物质的区别不仅仅意味着自旋？ 质量的存在与否远不止于角动量吗？
事实证明，存在一些与自旋有关的微小的，重要的差异，但是有两个严重的差异，其重要性远超出大多数人甚至大多数物理学家的想象。
早期宇宙中的光子，粒子和反粒子。 它充满了玻色子和费米子，以及所有可以想象的反费米子。首先，只有费米子在反粒子之间具有拷贝。 夸克的反粒子-反夸克。 电子的反粒子是正电子，而中微子则具有反中微子。 另一方面，玻色子是其他玻色子的反粒子，许多玻色子是它们自身的反粒子。 没有反玻色子这样的东西。 将一个光子与另一个光子碰撞？ Z
0和另一个Z
0 ？ 就物质和反物质的相互作用而言，这与电子和正电子的ni灭相同。
玻色子（例如光子）本身可以是反粒子，但是费米子和反费米子不同（例如电子和正电子）复合粒子可由费米子产生：两个上夸克和一个下夸克产生一个质子（费米子），一个上夸克和两个下夸克产生一个中子（费米子）。 由于自旋的性质，如果您使用奇数个费米子并将它们绑定在一起，则新的复合粒子的行为将类似于费米子。 这就是存在质子和反质子的原因，因此中子不同于反中子。 由偶数个费米子组成的粒子（例如夸克-反夸克组合（称为介子））的行为类似于玻色子。 中性介子π0本身是反粒子。
原因很简单：每个费米子都是一个旋转度为±1/2的粒子。 如果将两个粒子加在一起，将得到一个自旋为-1、0或+1的对象，即一个整数（因此，它是一个玻色子）。 如果加三个，则旋转为-3 / 2，-1 / 2，+ 1/2或+3/2，即费米子。 因此，粒子和反粒子之间的差异很大。 但是还有第二个差异，也许更重要。
中性氧原子中最低能量的能级。 由于电子是费米子，而不是玻色子，所以即使在任意低温下，它们也不可能全部存在于第一级。保利的禁止原则仅适用于费米子，不适用于玻色子。 他假设在任何量子系统中，两个费米子不能占据相同的量子态。 玻色子没有这样的限制。 如果您获取一个原子核并开始向其添加电子，则第一个电子将进入基态-能量最低的状态。 由于这是自旋为1/2的粒子，因此其自旋状态可以为+1/2或-1/2。 如果您向原子添加第二个电子，其自旋将处于相反的状态，并且也将进入能量最低的状态。 但是，如果您添加更多的电子，它们将无法进入基态，它们将需要稳定在下一个能级。
电子的能级和波函数与氢原子的各种状态相对应。这就是为什么门捷列夫元素周期系统如此排列的原因。 因此，原子具有不同的性质，它们以这种复杂的组合键合在一起，因此表中的每个元素都是唯一的：每个原子中电子的构型与所有其他原子均不同。 两个费米子不能处于相同的量子态这一事实导致出现某些元素的某些物理和化学性质，导致大量的分子组合以及导致可能发生复杂的化学反应和寿命的基本键。
原子的结合和形成包括有机分子在内的分子的方式只有借助泡利（Pauli）禁止原理才有可能另一方面，可以将任意数量的玻色子带入相同的量子态！ 这使您可以创建特殊的玻色状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚物。 通过将玻色子冷却得如此之多以至于它们以最少的能量进入状态，您可以将任意数量的玻色子放在一个位置。 氦（由偶数个费米子组成，因此表现为玻色子）在低温下变成超流体-玻色-爱因斯坦凝聚的结果。 迄今为止，气体，分子，准粒子甚至光子已经设法达到这种状态。 该领域仍在积极研究中。
ose原子在转变为玻色-爱因斯坦凝聚态之前（左），过程中（中）和之后（右）。 该图显示了原子如何从密度较低的红色，黄色和绿色区域冷凝为密度较高的蓝色和白色区域电子是费米子这一事实导致矮星不会因自身重量而坍塌；这是事实。 中子是费米子的事实导致中子星的坍塌在某个时刻停止的事实。 保利的禁止原理负责原子结构，可防止最稠密的物理物体变成黑洞。
白矮星，中子星，甚至夸克星，都由费米子组成。当物质或反物质歼灭或衰减时，它们会将系统加热到温度，具体取决于粒子是否服从
费米-狄拉克统计 （对于费米子而言）或
玻色-爱因斯坦 （对于玻色子）。 因此，今天遗迹辐射的温度为2.73 K，背景中微子辐射的辐射少0.8 K：这是由于an灭和这些在早期宇宙中起作用的统计数据所致。
调整中微子的数量以匹配CMB波动的数据。 数据与中微子辐射一致，中微子辐射的能量当量温度为1.95 K，远低于CMB光子的能量自旋在费米子中为半整数，而在玻色子中为整体，这一事实本身很有趣，但更有趣的是，这两类粒子服从不同的量子规则。 从根本上说，这些差异使我们的存在成为可能。 对于诸如内部角动量的±1/2之类的琐事，这是一个很好的结果。 但是看似纯粹的量子定律的巨大后果说明了自旋有多重要，以及玻色子和费米子之间的区别。
伊桑·西格尔 （ Ethan Siegel） -天体物理学家，科学普及者，《爆炸的开始》的作者！ 他写了《超越银河》（ Beyond the Galaxy ）和《追踪学：星际迷航的科学》（ Treknology ）一书。