standardmodellen för partikelfysik innehåller 12 smaker av elementära fermioner, plus deras motsvarande antipartiklar, liksom elementära bosoner som förmedlar krafterna och Higgs boson, som rapporterades den 4 juli 2012, som sannolikt detekterats av de två huvudexperimenten vid Large Hadron Collider (ATLAS och CMS).(pp1–3) standardmodellen anses emellertid allmänt vara en provisorisk teori snarare än en verkligt grundläggande, eftersom det inte är känt om den är kompatibel med Einsteins allmänna relativitet. Det kan finnas hypotetiska elementära partiklar som inte beskrivs av standardmodellen, såsom graviton, partikeln som skulle bära gravitationskraften och spartiklar, supersymmetriska partners för de vanliga partiklarna.

grundläggande fermionsEdit

de 12 grundläggande fermionerna är uppdelade i 3 generationer av 4 partiklar vardera. Hälften av fermioner är leptoner, av vilka tre har en elektrisk laddning -1 heter elektron (
e−
), myonen (
m−
), och tau (
τ−
), de andra tre leptoner är neutriner (
ν
e
ν
m,
ν
τ), vilket är det enda elementära fermioner med varken elektrisk eller färg kostnad. De återstående sex partiklarna är kvarkar (diskuteras nedan).

GenerationsEdit

MassEdit

The following table lists aktuella uppmätta massor och massuppskattningar för alla fermioner, med samma måttskala: miljoner elektronvolt i förhållande till kvadraten av ljushastighet (MeV/c2). Till exempel är den mest exakt kända kvarkmassan av toppkvarken (
t
) vid 172,7 GeV/c2 eller 172 700 MeV/c2, beräknad med hjälp av On-shell-schemat.

Estimates of the values of quark masses depend on the version of quantum chromodynamics used för att beskriva kvark interaktioner. Kvarkar är alltid begränsade i ett kuvert av gluoner som ger mycket större massa till mesonerna och baryonerna där kvarkar förekommer, så värden för kvarkmassor kan inte mätas direkt. Eftersom deras massor är så små jämfört med den effektiva massan av de omgivande gluonerna, gör små skillnader i beräkningen stora skillnader i massorna.

AntiparticlesEdit

det finns också 12 grundläggande fermioniska antipartiklar som motsvarar dessa 12 partiklar. Till exempel är antielektronen (positron)
e+
elektronens antipartikel och har en elektrisk laddning på +1.

QuarksEdit

isolerade kvarkar och antikvarkar har aldrig upptäckts, ett faktum som förklaras av inneslutning. Varje kvark bär en av tre färgladdningar av den starka interaktionen; antikvarkar bär på samma sätt antikolor. Färgladdade partiklar interagerar via gluonutbyte på samma sätt som laddade partiklar interagerar via fotonutbyte. Gluoner är emellertid själva färgladdade, vilket resulterar i en förstärkning av den starka kraften när färgladdade partiklar separeras. Till skillnad från den elektromagnetiska kraften, som minskar när laddade partiklar separeras, känner färgladdade partiklar ökande kraft.färgladdade partiklar kan emellertid kombineras för att bilda färgneutrala kompositpartiklar som kallas hadroner. En kvark kan para ihop med en antikvark: Kvarken har en färg och antikvarken har motsvarande antikvark. Färgen och antikolorn avbryter och bildar en färgneutral meson. Alternativt kan tre kvarkar existera tillsammans, en kvark är ”röd”, en annan ”blå”, en annan ”grön”. Dessa tre färgade kvarkar bildar tillsammans en färgneutral baryon. Symmetriskt kan tre antikvarkar med färgerna ”antired”, ”antiblue” och ”antigreen” bilda en färgneutral antibaryon.kvarkar bär också fraktionerade elektriska laddningar, men eftersom de är begränsade inom hadroner vars laddningar alla är integrerade har fraktionerade laddningar aldrig isolerats. Observera att kvarkar har elektriska laddningar på antingen +2 3 eller -1 3 3, medan antikvarkar har motsvarande elektriska laddningar på antingen -2 3 eller +1 3 3.

bevis för förekomsten av kvarkar kommer från djup oelastisk spridning: avfyra elektroner vid kärnor för att bestämma fördelningen av laddning inom nukleoner (som är baryoner). Om laddningen är likformig bör det elektriska fältet runt protonen vara enhetligt och elektronen ska spridas elastiskt. Lågenergielektroner sprider sig på detta sätt, men över en viss energi avböjer protonerna vissa elektroner genom stora vinklar. Den rekylerande elektronen har mycket mindre energi och en partikelstråle emitteras. Denna oelastiska spridning antyder att laddningen i protonen inte är enhetlig utan delas mellan mindre laddade partiklar: kvarkar.

grundläggande bosonsEdit

i Standardmodellen förmedlar vektor (spin-1) bosoner (gluoner, fotoner och W-och Z-bosonerna) krafter, medan Higgs boson (spin-0) är ansvarig för partiklarnas inneboende massa. Bosoner skiljer sig från fermioner i det faktum att flera bosoner kan uppta samma kvanttillstånd (Pauli-uteslutningsprincip). Bosoner kan också vara antingen elementära, som fotoner eller en kombination, som mesoner. Spinn av bosoner är heltal istället för halva heltal.

GluonsEdit

gluoner förmedlar den starka interaktionen, som förenar kvarkar och därmed bildar hadroner, som antingen är baryoner (tre kvarkar) eller mesoner (en kvark och en antikvark). Protoner och neutroner är baryoner, förenade med gluoner för att bilda atomkärnan. Liksom kvarkar uppvisar gluoner färg och antikolor – som inte är relaterade till begreppet visuell färg och snarare partiklarnas starka interaktioner – ibland i kombinationer, totalt åtta variationer av gluoner.

Electroweak bosonsEdit

det finns tre svaga gauge bosoner: W+, W-och Z0; dessa förmedlar den svaga interaktionen. W-bosonerna är kända för sin medling i kärnförfall: W− omvandlar en neutron till en proton och sönderfaller sedan till ett elektron-och elektron-antineutrino-par.Z0 konverterar inte partikelsmak eller laddningar, utan ändrar snarare momentum; det är den enda mekanismen för elastiskt spridande neutrinor. De svaga gauge bosonerna upptäcktes på grund av momentumförändring i elektroner från neutrino-Z-utbyte. Den masslösa fotonen förmedlar den elektromagnetiska interaktionen. Dessa fyra gauge bosoner bildar electroweak-interaktionen mellan elementära partiklar.

Higgs bosonEdit

även om de svaga och elektromagnetiska krafterna verkar helt annorlunda för oss vid vardagliga energier, teoretiseras de två krafterna för att förena som en enda elektrovågkraft vid höga energier. Denna förutsägelse bekräftades tydligt av mätningar av tvärsnitt för högenergielektronprotonspridning vid HERA collider vid Desy. Skillnaderna vid låga energier är en följd av de höga massorna av W-och Z-bosonen, som i sin tur är en följd av Higgs-mekanismen. Genom processen med spontan symmetribrytning väljer Higgs en speciell riktning i elektrosvag utrymme som får tre elektrosvag partiklar att bli mycket tunga (de svaga bosonerna) och en att förbli med en odefinierad vilomassa eftersom den alltid är i rörelse (fotonen). Den 4 juli 2012, efter många års experimentellt sökande efter bevis på dess existens, tillkännagavs Higgs boson att ha observerats vid CERNs Large Hadron Collider. Peter Higgs som först ställde förekomsten av Higgs boson var närvarande vid tillkännagivandet. Higgs boson tros ha en massa på cirka 125 GeV. Den statistiska betydelsen av denna upptäckt rapporterades som 5 Sigma, vilket innebär en säkerhet på ungefär 99.99994%. I partikelfysik är detta den nivå av betydelse som krävs för att officiellt märka experimentella observationer som en upptäckt. Forskning om egenskaperna hos den nyupptäckta partikeln fortsätter.

GravitonEdit

graviton är en hypotetisk elementär spin-2-partikel som föreslås för att förmedla gravitation. Medan det förblir oupptäckt på grund av svårigheten i dess detektering, ingår det ibland i tabeller med elementära partiklar.(pp1–3) den konventionella gravitonen är masslös, även om det finns modeller som innehåller massiva Kaluza–Klein gravitoner.