Există două categorii principale de particule subatomice – fermioni și bozoni. Fermionii sunt particulele pe care le considerăm „chestii” – leptoni precum electronul, neutrinii și verii, și quarci precum quarcul up și alții din familia sa considerabilă. Bosonii Gauge sunt particulele care mediază cele patru forțe fundamentale ale naturii – forțele nucleare slabe și puternice, electromagnetismul și gravitația. Acestea includ fotonul familiar și verii săi mult mai puțin întâlniți, bosonii W și Z, gluonii și (se așteaptă fizicienii) gravitonul, particula mult căutată despre care se crede că mediază interacțiunile gravitaționale.
Este important să înțelegem diferența dintre particulele subatomice și particulele fundamentale. Fundamental înseamnă că particula nu are constituenți mai mici; este fundamentală. Nu toate particulele subatomice sunt fundamentale, deși toate particulele fundamentale cunoscute sunt subatomice, adică mai mici decât atomii. De exemplu, protonii și neutronii, particulele subatomice care alcătuiesc atomul, sunt mai degrabă particule compozite decât fundamentale, fiind constituite din quarci și gluoni încă mai mici. Particulele exotice precum neutrinul tau sau muonii sunt subatomice, deoarece sunt mai mici decât atomii, dar este valoros să ne amintim că acestea nu fac parte din atomii care alcătuiesc structurile vizibile din universul nostru.
Particulele subatomice sunt atât de numeroase și variate încât fizicienii au folosit termenul de „zoo de particule” pentru a le descrie. În domeniul leptonilor, există 3 tipuri de electroni – electron, muon și tau – 3 tipuri de neutrini, și antiparticulele lor, formând 12 leptoni. Există patru bosoni gauge cunoscuți – fotonul, bosonii W și Z și gluonul. Doi bosoni suplimentari, care aproape sigur există, dar nu au fost încă observați, includ bosonul Higgs și gravitonul. Acest lucru aduce totalul particulelor fundamentale la 18. Adăugați quarcii de sus, jos, jos, sus, ciudați și farmec și antiquarcii lor și veți avea 30 de particule fundamentale, subatomice.
Cu toate acestea, asta nu este tot. Vă puteți aminti că un proton sau un neutron este format din trei quarci. Acestea includ doi dintre quarcii în sus și în jos și unul dintre quarcii rămași, lipiți împreună cu gluoni în nucleul atomului. Cu toate acestea, aceasta nu este singura configurație posibilă de quarc, ci doar cea mai stabilă. Dacă ați putea cumva să ridicați particulele fundamentale după bunul plac și să le lipiți împreună în configurații arbitrare, ați putea crea mii de noi particule subatomice.
Sute de aceste particule subatomice au fost de fapt observate în experimente cu acceleratorul de particule. Acestea includ mezoni, care au doar doi cuarci și hadronii, care au trei protoni și neutroni asemănătoare. Există, de asemenea, așa-numitele glueballs sau gluonium, particule subatomice compuse din nimic altceva decât gluoni, și suspectul tetraquark, o specie de particule subatomice care ar fi compusă din patru quarci. Există pentaquarcii și nu numai? Poate că da, dar pentru a le găsi ar fi nevoie de aparate experimentale mult peste cele mai bune noastre actuale.