一个玻色子--比如光子--可以是它自身的反粒子，但是费米子(比如电子)和反费米子(比如正电子)却非常不同。费米子和玻色子，看似只有自旋上的整数和半整数的差别，但带来的结果却是服从了不同的量子规则，而这非常重要。
在整个宇宙中，有两种不同类型的基本粒子:费米子和玻色子。所有的粒子，除了具有质量和电荷外，还具有自旋的性质。粒子的自旋为半整数(比如±1/2、±3/2、±5/2…)的称为费米子;自旋为整数(比如0、±1、±2,…)的称为玻色子。
那么问题是:费米子和玻色子之间的区别是什么?难道仅仅只是自旋为整数和半整数之间的区别?
乍一看下，通过这些性质为粒子分类好像是完全随机的。自旋的不同看起来好像微不足道，毕竟有一些更加显而易见的区别，例如:
夸克和轻子都属于费米子，前者会体验到强核力，而后者不会，这个区别要比费米子和玻色子间的区别更重大?
物质和反物质之间的区别也比粒子的自旋更有意义?
跟自旋相比，粒子具有质量和没有质量也重要的多?
但其实，自旋的不同有两个非常重要的意义是很多人没有意识到的。
首先，只有费米子具有反粒子伙伴。夸克的反粒子是反夸克，电子的反粒子是正电子，中微子的反粒子是反中微子。而另一方面，并没有所谓的反玻色子存在，许多玻色子的反粒子就是它们自身。
△ 一个玻色子--比如光子--可以是它自身的反粒子，但是费米子(比如电子)和反费米子(比如正电子)却非常不同。(图片来源:Andrew Deniszczyc, 2017)
从费米子中，可以制造出各种复合粒子，比如两个上夸克和一个下夸克会组成一个质子(也是一个费米子)。由于自旋的运作方式，如果将奇数个的费米子结合在一起，得到的复合粒子会表现的像费米子，这也是为什么可以有质子和反质子。但是由偶数个费米子组成的粒子，比如一个夸克和一个反夸克(称为介子)组合，会表现的像玻色子。举个例子，中性π介子(π⁰)的反粒子就是其自身。
为什么会这样，原因很简单:将具有自旋为±1/2的两个费米子相加，会得到自旋为 -1、0 或 +1的粒子，因此是玻色子;如果将三个这样的费米子相加，会得到自旋为-3/2, -1/2, +1/2 或+3/2的粒子，使其成为费米子。因此粒子和反粒子的区别是很重要的。但是还有第二个更重要的区别。
△ 氧原子的电子排布。由于电子是费米子，而不是玻色子，因此它们无法都处于基态(1s)。(图片来源:CK-12 Foundation and Adrignola of Wikimedia Commons)
那就是泡利不相容原理只适用于费米子，玻色子则不服从该原理。根据不相容原理，在任何量子系统中，两个费米子无法占据同一个量子态。但是玻色子就没有该限制。试想一下，取一个原子核，并开始加入电子进去，第一个电子会倾向于占据基态(即最低能量的状态)。由于它是一个自旋=1/2的粒子，电子的自旋态可以是+1/2或-1/2。如果添加第二个电子，它仍然会占据基态但具有相反的自旋态。但如果加入更多的电子会发生什么?它们不会进入基态(上图:1s)，而是填满下一个能级。
△ 由于电子服从泡利不相容原理，原子之间才会连接产生分子，包括有机分子和生物过程。(图片来源:Jenny Mottar)
这就是为何元素周期表是这么排列的原因。正是因为泡利不相容原理，才导致了元素具有不同的物理和化学性质，能够组成各种不同的分子结构，才使复杂的化学和生命成为可能。
△ 铷原子形成玻色-爱因斯坦凝聚的过程。红色代表凝聚较少的区域，白色则代表非常密集的区域。(图片来源:NIST/JILA/CU-Boulder)
而另一个方面，玻色子却可以同时共享同一个量子态。这允许产生一种特别的物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚。将玻色子冷却到非常低的温度，它们就会全部聚集到能量最低的量子态。当氦(由偶数个费米子组成，因此表现的像一个玻色子)被冷却到足够低温下就会形成超流体，这是玻色-爱因斯坦凝聚的一个结果。自那之后，科学家制造了气体、分子、准粒子和光子的玻色-爱因斯坦凝聚。今天，这一领域的研究仍然非常活跃。
[img]http://i1.go2yd.com/image.php?url=0G4ANqwwqD[/img]△ 费米子喜欢独来独往，单独住在一个房间，而玻色子则喜欢共享一个房间。(图片来源:CERN)
事实上，正是因为电子是费米子，白矮星才不会在自身的引力下坍缩;也正是因为中子是费米子，才阻止了中子星继续坍缩形成黑洞。
△ 一颗白矮星、中子星甚至是奇异的夸克星都是由费米子构成的。泡利简并压力抵抗了它们自身的引力，防止黑洞的产生。(图片来源:CXC/M. Weiss)
当物质和反物质湮灭或衰变，它们会在不同程度上加热系统，这取决于粒子服从费米-狄拉克统计(费米子所服从的统计规律)或玻色-爱因斯坦统计(玻色子所服从的统计规律)。这也是为什么今天微波背景辐射的温度为2.73开尔文，而宇宙中微子背景辐射的温度要比它低0.8开尔文。
费米子和玻色子，看似只有自旋上的整数和半整数的差别，但带来的结果却是服从了不同的量子规则，而这非常重要。
了解费米子和玻色子的区别以及重要性后，现在终于可以回答标题的问题，答案从下图中寻找:
△ 蓝色代表基本费米子(fermion)，绿色代表基本玻色子(boson)，红色代表复合粒子。(图片来源:Sean Carroll)
