1) Les Fermions

Ils ont un moment angulaire (spin assimilable à la  rotation de la particule sur elle-même) multiple de demi-entiers (1/2, 3/2..) et répondent au principe de l’exclusion de Pauli.

De plus, c’est une particule élémentaire, c'est-à-dire qu’elle n’est composée d’aucune sous-structure, elle ne peut pas être divisée.

Le principe de Pauli énonce que deux particules dans le même état (même nombre quantique, même charge de couleur etc.) ne peuvent pas cohabiter. C’est cette loi qui montre que pour chaque orbitale atomique (donnée de 3 nombres quantiques n l et ml), il ne peut y avoir au maximum deux électrons, le spin ne pouvant prendre que la valeur 1/2, -1/2 pour un électron (spin ½ et -½, les autres nombres quantiques étant identiques).

Le spin est exprimé en unité de  avec , h étant la constante de Planck (6.63*10-34 J.s). Cette constante apparaît dans le concept de dualité onde-corpuscule qui associe à une particule de quantité de mouvement P une longueur d’onde l par l’équation P=h/l=hn/v, lorsque h/P (P=masse*vitesse) est inférieur ou  de l’ordre de grandeur de la taille de l’objet considéré. Nos objets répondent évidemment à cette condition.

 Les leptons :

Le plus connu d’entre eux est l’électron. En fait, ils sont au nombre de 6, trois de charge négative: l’électron, le muon, le tau ; et trois neutres avec une masse extrêmement faible : le neutrino électronique, le neutrino muonique, et le neutrino tauique.

 Les quarks :

Les quarks constituent la matière et sont aussi au nombre de 6. Ils ont la caractéristique inhabituelle d'avoir une charge électrique fractionnaire de 2e/3 (up, charm, top) ou de -e/3 (down, strange, bottom), au contraire des charges -e de l'électron et +e du proton (e=1,6.10-19 C). Le quark porte également un autre type de charge appelé la charge de couleurs, dont nous parlerons plus tard.

Prenons l’exemple du proton, il est constitué de 3 quarks (il fait donc partie de la famille de baryons) deux quarks up et un quark down  (2e/3+2e/3-1e/3=e), le neutron, lui, est constitué de deux quarks down et un up (-1e/3-1e/3+2e/3=0). Le neutron et le proton sont appelés des nucléons.