힘을 전달하는 입자 '보손'과 물질을 구성하는 입자 '페르미온'
물질입자와 매개입자 사이에는 한 가지 큰 차이점이 있는데, 파울리 배타 원리를 따르느냐, 그렇게 않느냐는 것이다. 파울리의 배타 원리는 2개 이상의 입자가 완전히 같은 양자 상태를 가질 수 없다는 가설이다. 그리고 파울리의 배타 원리를 따르는 입자를 페리미온(패르미 입자), 파울리의 배타 원리를 따르지 않아서 같은 양자 상태에 얼마든지 들어가는 입자를 보손(보스 입자)이라고 한다.
양성자, 중성자, 전자, 쿼크 등 물질입자는 모두 페르미온이고, 광자처럼 힘을 전달하는 게이지 입자는 모두 보손이다.
입자의 스핀으로 살펴보면 플랑크 상수를 단위로 해서 페르미온은 1/2처럼 반정수의 스핀을 갖지만 보손의 스핀은 0이나 1처럼 정수이다. 흥미롭게도 렙톤이나 쿼크는 스핀이 1/2이고, 쿼크 3개로 이루어진 핵자의 스핀도 1/2이지만, 쿼크 2개로 이루어진 중간자의 스핀은 제로이다. 그 결과 중간자는 핵력장으로 작용한다. 또한 광자, 위크 보손, 글루온의 스핀은 1인데 중력자만 스핀이 2로, 매개입자 중에서도 중력자만 유형이 조금 다르다. 이러한 차이는 중력만이 다른 힘과 통일되지 않는 이유와 관련 있는지도 모른다.
초대칭 이론
기본입자나 힘을 통일하는 일은 더 많은 대칭성을 찾는 일이다. 갖가지 물질입자는 페르미온이고 힘을 매개하는 게이지 입자는 모두 보손이다. 페르미온과 보손이 짝을 이뤄 변환하는 대칭성을 초대칭supersymmetry이라고 하며, 초대칭성을 도입한 이론을 초대칭이론이라고 한다. 초대칭이론에 따르면 물질입자인 페르미온에는 초보손, 매개입자인 보손에는 초페르미온처럼 각 입자에 대응하는 짝 입자인 초대칭 입자SUSY, supersymmetry particle가 존재한다.
예를 들어, 페르미온인 쿼크에는 코쿼크squark라고 불리는 초보손이 존재하며, 전자에는 초전자selectron, 중성미자에는 초중성미자sneutrino가 존재한다고 생각하면된다.
또한 힘의 게이지 입자인 광자에 대해서는 포티노photino라고 불리는 초페르미온이, 위크 보손에는 위노wino가, 글루온에는 클루위노gluino가, 중력자에는 그래비티노gravitino가 존재한다고 생각하면 된다.
이렇듯 초대칭 입자는 초대칭super-symmetry의 앞머리 두 글자씩을 따서 'SUSY(수지)' 입자라고 한다. 입자의 종류가 초대칭성으로 인해 갑자기 두 배가 되었지만 그 대신 물질입자도, 매개입자도 다양한 입자에 포함되었다.