Modèle standard des particules
Fermions : vue d'ensemble

Elle a été développée pendant la deuxième moitié du XXème siècle sur les bases de la mécanique quantique, qui a montré la dualité onde-corpuscule.

Les particules élémentaires comprennent :

1. les fermions - spin $1/2 - qui constituent la matière :

• les quarks,
• les leptons ;

2. les bosons, comprenant :

• les bosons de jauge -  spin $1$ - vecteurs de force qui servent de " colle " pour lier la matière,
• le boson de Higgs - boson scalaire de spin $0$ - qui donne une masse aux particules (le graviton est encore hypothétique).

Vue d'ensemble sur les fermions

Le modèle standard inclut douze fermions, particules élémentaires de spin 1/2 (spin demi-entier) :

• les 6 quarks, qui sont soumis à toutes les interactions de la nature,
• les 6 leptons (électron, muon, tauon et leur neutrino respectif), qui ne sont pas soumis à l'interaction forte.

La saveur est une caractéristique qui permet de différencier les différents fermions dont certaines propriétés sont similaires.

Ces fermions élémentaires se répartissent suivant trois générations qui ne diffèrent l'une de l'autre que par la masse, plus élevée à chaque génération (de gauche à droite sur le tableau).

• Seules les particules de première génération forment la matière ordinaire.
• En effet, les particules de deuxième et troisième générations sont instables et se désintègrent rapidement en particules de première génération, plus légères.

Les fermions incluent aussi toute particule composée d'un nombre impair de ces particules élémentaires, comme tous les baryons et de nombreux noyaux (spin demi-entier).

Certains scientifiques font l'hypothèse que les fermions sont composés de particules hypothétiques appelées préons (cf. gravitation quantique à boucles).

Les fermions :

• suivent la statistique de Fermi-Dirac (théorème spin-statistique), qui décrit leur distribution statistique ;
• sont assujettis au principe d'exclusion de Pauli, qui interdit à tout fermion d'un système d'avoir exactement les mêmes quatre nombres quantiques " intrinsèques " qu'un autre fermion du système.

Par exemple, ce principe limite le nombre d'électrons par sous-couches électroniques.

Quarks