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Sa théorie quantiquo-relativiste précisait les propriétés de l’électron
telles qu’elles découlaient à la fois des recherches connues sur la structure
atomique, et de la théorie statistique quantique, laquelle pouvait traiter des
systèmes constitués par de très nombreux objets quantiques élémentaires.
En particulier, elle rendait compte d’une propriété quantique des parti-
cules élémentaires, qui devaient avoir un moment angulaire intrinsèque,
auquel correspondait un moment magnétique intrinsèque. Et parce que la
seule façon de se représenter cette propriété était de penser aux particules
comme à de petites toupies en rotation continue autour de leur axe, cette
propriété fut appelée spin (sens de rotation). Sur la base des valeurs de spin,
il était possible de subdiviser toutes les particules élémentaires en deux
classes distinctes : celles qui avaient un spin égal à un nombre semi-entier
(1/2, 3/2, etc.) et celles qui avaient un spin entier (0, 1, 2, etc.).

Les premières, comme par exemple les électrons, respectaient un
principe dont l’hypothèse avait déjà été formulée par Pauli en 1923, ap-
pelé principe d’exclusion, sur la base duquel, dans un même système, il
ne pouvait pas y avoir deux particules ayant exactement le même état
dynamique. Les particules de la deuxième classe, comme par exemple les
photons, n’avaient pas à respecter cette condition.

Les particules de la première classe furent appelées fermions, étant
donné que leurs propriétés caractéristiques -qui se révélaient dans des sys-
tèmes constitués par un grand nombre de particules identiques, et donc trai-
tables statistiquement- avaient été mises en évidence en 1925 dans le pre-
mier travail théorique d’Enrico Fermi (1901-1954). Pour leur part, les par-
ticules de la deuxième classe furent appelées bosons, du nom du physicien
indien Satyendranath Bose (1894-1974) qui en avait conçu la statistique.
Une autre conception innovante était aussi introduite : en analysant
le comportement statistique des électrons, Paul Dirac était parvenu à la
conclusion qu’il n’y avait rien en théorie qui puisse empêcher ces parti-
cules d’occuper des états d’énergie négative. On pouvait même penser
que ces états, nécessitant moins d’énergie que ceux d’énergie positive,
étaient déjà normalement occupés.
Plus précisément, selon Dirac, on pouvait observer expérimentale-
ment que des électrons pouvaient passer d’un état à énergie négative à
un état d’énergie positive. Effectivement, en 1932, Carl Davis Anderson
(1905-1991) observa une particule qui avait la même masse que l’électron,
mais qui était de charge opposée, et qui fut donc appelée positron. L’inter-
prétation de Dirac y recevait une confirmation.

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