提出

1937年，随着量子力学的兴起，意大利理论物理学家Ettore Majorana提出可能存在一种新型的奇特粒子，即名为Majorana费米子的粒子。经过75年的追寻，研究人员终于发现了Majorana费米子存在的一个可靠证据。而这一发现就如同找到了一把通往拓扑量子计算时代的 “钥匙”。

早在Majorana之前，奥地利物理学家Erwin Schrodinger就提出了描写量子行动和互动的方程式。英国物理学家Paul Dirac点缀了该方程式，使其能够适用于费米子，并且将量子力学和爱因斯坦的相对论结合在了一起。同时Dirac的研究还指出了反物质的存在，并暗示某些粒子可以作为其本身的反粒子，如光子，但费米子却被认为并非此类粒子。后来，Majorana延伸了Dirac方程式，认为可能存在一种新的费米子能够作为其本身的反粒子，这种粒子就是Majorana费米子。然而，Majorana费米子始终披着神秘面纱，从20世纪到21世纪，全世界物理学家一直在努力寻找它。Majorana也曾提出，一种中微子——电中性粒子的些微聚集，可能刚好符合他提出的这种假设粒子的要求。

名字来源

保罗·狄拉克给出，纪念恩里科·费米在这领域所作的杰出贡献取。

简介

费米子

费米子(fermion)：费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。

费米子得名于意大利物理学家费米，遵从泡利不相容原理。根据标准理论，费米子均是由一批基本费米子组成的，而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。

性质

基本费米子分为 2 类：夸克和轻子。而这 2 类基本费米子，又分为合共 24 种味 (flavour)：12 种夸克：包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克(c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)，及它们对应的 6 种反粒子。 12 种轻子：包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及对应的 6 种反粒子，包括 3 种反中微子。中子、质子：都是由三种夸克组成，自旋为1/2。夸克：上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲(càn)夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t)，及它们对应的 6 种反粒子。

在一组由全同粒子组成的体系中，如果在体系的一个量子态(即由一套量子数所确定的微观状态)上只容许容纳一个粒子，这种粒子称为费米子。费米子所遵循的统计法称为费米统计法。费米统计法的分布函数为式中n(ε)为体系在温度T达热平衡时处于能态ε的粒子数；α为温度和粒子总数的函数。奇数个核子组成的原子核(因为中子、质子都是费米子，故奇数个核子组成的原子核自旋是半整数。)由全同费米子组成的孤立系统，处于热平衡时，分布在能级εi的粒子数为，Ni=gi/（e^(α+βεi）+1） 。α为拉格朗日乘子、β=1/（kT），有体系温度，粒子密度和粒子质量决定。εi为能级i的能量，gi为能级的简并度。

与玻色子的联系

根据自旋倍数的不同，科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子，有半整数自旋(如1/2，3/2，5/2等)；而玻色子是像光子一样的粒子，有整数自旋(如0，1，2等)。这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。

费米子

基本粒子中所有的物质粒子都是费米子，是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。

发展

第六种物质形态诞生

人类生存的世界，是一个物质的世界。过去，人们只知道物质有三态，即气态、液态和固态。20世纪中期，科学家确认物质有第四态，即等离子体态(plasma)。1995年，美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组，首次创造出物质的第五态，即“玻色—爱因斯坦凝聚态”。为此，2001年度诺贝尔物理学奖授予了负责这项研究的三位科学家。