บทความหลัก: แบบจำลองมาตรฐาน

แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคประกอบด้วย 12 สายพันธ์ (อังกฤษ: flavour) ของเฟอร์มิออนมูลฐานบวกกับปฏิยานุภาค (อังกฤษ: antiparticle) ที่สอดคล้องกันของพวกมัน เช่นเดียวกับโบซอนมูลฐานที่ตัวเชื่อมแรงต่าง ๆ กับและฮิกส์โบซอน ซึ่งมีรายงานเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 ว่าดูเหมือนจะมีการตรวจพบโดยการทดลองหลักที่ LHC (ATLAS และ Compact Muon Solenoid (CMS)) อย่างไรก็ตาม แบบจำลองมาตรฐานได้รับการพืจารณาอย่างกว้างขวางที่จะเป็นทฤษฎีชั่วคราวมากกว่าจะเป็นทฤษฏีพื้นฐานอย่างแท้จริง เพราะมันไม่เป็นที่รู้จักว่ามันจะเข้ากันได้กับกฎสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein หรือไม่ อาจจะมีอนุภาคมูลฐานที่ยังเป็นสมมติฐานอยู่ไม่ได้มีการอธิบายโดยแบบจำลองมาตรฐาน เช่นแกรวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่จะนำส่งแรงโน้มถ่วง และซูเปอร์พันธมิตรที่เรียกว่า sparticles ซึ่งเป็นพันธมิตรแบบ supersymmetric ของอนุภาคสามัญ

เฟอร์มิออนพื้นฐาน

บทความหลัก: เฟอร์มิออน

12 สายพันธ์ของเฟอร์มิออนพื้นฐานจะแบ่งออกเป็นสามรุ่นตระกูล แต่ละรุ่นมีสี่อนุภาค หกอนุภาคเป็นควาร์ก ส่วนที่เหลืออีกหกอนุภาคเป็นเลปตัน สามตัวในนั้นเป็นนิวตริโน ที่เหลืออีกสามตัวมีประจุไฟฟ้าเป็น -1: อิเล็กตรอนและญาติทั้งสองของมัน, มิวออนและเทา (อนุภาค)

ปฏิยานุภาค

บทความหลัก: ปฏิสสาร

มี 12 อนุภาคที่ต่อต้าน (ปฏิยานุภาค) ของเฟอร์มิออนพื้นฐานที่สอดคล้องกับ 12 อนุภาคเหล่านี้เช่นกัน ยกตัวอย่างเช่น ปฏิอิเล็กตรอน หรือ โพซิตรอน (e+) เป็นอนุภาคที่ต่อต้านอิเล็กตรอนและมีประจุไฟฟ้า +1

ควาร์ก

บทความหลัก: ควาร์ก

ควาร์กและปฏิควาร์กที่โดดเดี่ยวไม่เคยมีการตรวจพบ ความจริงหนึ่งที่อธิบายได้ด้วยการคุมขังแบบสี (อังกฤษ: Colour confinement) ทุก ๆ ควาร์กบรรทุกหนึ่งในสามของ'ประจุสี'ของ'ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง'; นั่นคือปฏิควาร์กบรรทุกปฏิสี (อังกฤษ: anticolor) ที่คล้ายกัน อนุภาคที่มีประจุสีทั้งหลายมีปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนกลูออนในทางเดียวกับที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์ต่อกันผ่านการแลกเปลี่ยนโฟตอน อย่างไรก็ตาม ตัวกลูออนเองก็เป็นแบบประจุสี เป็นผลให้มีการขยายขนาดของแรงที่แข็งแกร่งเมื่ออนุภาคประจุสีถูกแยกออกจากกัน ไม่เหมือนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งจะลดลงเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าถูกแยกออกจากกัน อนุภาคประจุสีจะมีแรงเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามอนุภาคประจุสีอาจรวมตัวกันเพื่อสร้างรูปเป็นอนุภาคผสมที่เป็นกลางด้านสีที่เรียกว่าแฮดรอน ควาร์กอาจจับคู่กับปฏิควาร์ก: ควาร์กมีสีหนึ่งและปฏิควาร์กก็มีอีกสีหนึ่งที่เป็นปฏิปักษ์กัน (อังกฤษ: anticolor) ที่สอดคล้องกัน สีและปฏิสีจะหักล้างกันกลายเป็นมีซอนที่เป็นกลางด้านสี ในอีกทางเลือกหนึ่ง สามควาร์กสามารถอยู่ร่วมกันได้ โดยควาร์กเป็น "สีแดง" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีน้ำเงิน" อีกควาร์กหนึ่งเป็น "สีเขียว" ทั้งสามควาร์กสีเหล่านี้รวมอยู่ด้วยกันในรูปแบบของแบริออนที่เป็นกลางด้านสี อย่างสมมาตร สามปฏิควาร์กที่มีสี "ปฏิแดง", "ปฏิน้ำเงืน" และ "ปฏิเขียว" สามารถสร้างเป็นปฏิแบริออนที่เป็นกลางด้านสี

ควาร์กมีประจุไฟฟ้าที่เป็นเศษส่วน แต่ เนื่องจากพวกมันถูกคุมขังอยู่ภายในแฮดรอนซึ่งประจุของมันเป็นจำนวนเต็มทั้งหมด ประจุที่เป็นเศษส่วนไม่เคยถูกโดดเดี่ยว ข้อสังเกตคือควาร์กมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ +2/3 หรือ -1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง ในขณะที่ปฏิควาร์กมีแประจุไฟฟ้าที่สอดคล้องกันเท่ากับ -2/3 หรือ +1/3 อย่างใดอย่างหนึ่ง

หลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของควาร์กมาจาก'การกระจายที่ไม่ยืดหยุ่นและลึก' (อังกฤษ: deep inelastic scattering): นั่นคือการยิงอิเล็กตรอนไปทีนิวเคลียสเพื่อตรวจสอบการกระจายตัวของประจุภายในนิวคลีออน (ซึ่งเป็นแบริออน) ถ้าประจุมีรูปแบบเพียงอย่างเดียว (อังกฤษ: uniform) สนามไฟฟ้ารอบโปรตอนควรจะมีรูปแบบเดียวกันด้วย และอิเล็กตรอนควรจะกระจายอย่างยืดหยุ่น อิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะกระจายในลักษณะนี้ แต่ ที่เหนือกว่าพลังงานโดยเฉพาะ โปรตอนจะเบี่ยงเบนอิเล็กตรอนบางตัวผ่านมุมขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนที่หดตัวจะมีพลังงานน้อยกว่ามากและ'เจ็ทของอนุภาค'ถูกปล่อยออกมา การกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นนี้ชี้ให้เห็นว่าประจุในโปรตอนไม่ได้มีรูปแบบเดียวแต่แยกออกเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุที่เรียกว่า ควาร์ก

โบซอนพื้นฐาน

บทความหลัก: โบซอน

ในแบบจำลองมาตรฐาน โบซอนเวกเตอร์ (สปิน -1) (กลูออน, โฟตอนและ โบซอน W และ Z) เป็นตัวเชื่อมระหว่างแรงต่าง ๆ ในขณะที่ฮิกส์โบซอน (สปิน-0) รับผิดชอบต่อมวลที่แท้จริงของอนุภาค โบซอนแตกต่างจากเฟอร์มิออนในความเป็นจริงที่ว่าโบซอนหลายตัวสามารถครอบครองสภาวะควอนตัมเดียวกัน (หลักการกีดกันของเพาลี (อังกฤษ: Pauli exclusion principle)) นอกจากนี้ โบซอนยังสามารถเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งได้แก่เป็นมูลฐานเช่นเช่นโฟตอน หรือเป็นแบบผสมเช่นมีซอน สปินของโบซอนเป็นจำนวนเต็ม แทนที่จะเป็นจำนวนครึ่ง

กลูออน

บทความหลัก: กลูออน

กลูออนเป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งเชื่อมโยงหลายควาร์กเข้าด้วยกันกลายเป็นแฮดรอน, ซึ่งเป็นแบริออน (สามควาร์ก) หรือมีซอน (หนึ่งควาร์กและหนึ่งปฏิควาร์ก) อย่างใดอย่างหนึ่ง โปรตอนและนิวตรอนเป็นแบริออน เมื่อเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยกลูออนกลายเป็นนิวเคลียส เช่นเดียวกับควาร์ก กลูออนแสดง(ประจุ)สีและปฏิสีที่ไม่เกี่ยวข้องกับแนวคิดของสีที่มองเห็น บางครั้งในการผสมกัน ทั้งหมดมีแปดรูปแบบของกลูออนที่แตกต่างกัน

โบซอนไฟฟ้าอ่อนแอ

บทความหลัก: W และ Z โบซอน และ โฟตอน

มีสามเกจโบซอนแบบอ่อนแอ ได้แก่ W+, W−, และ Z0; โบซอนเหล่านี้เป็นตัวเชื่อมในการปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ W โบซอนเป็นที่รู้จักสำหรับการเป็นตัวเชื่อมของพวกมันในการสลายตัวของนิวเคลียส W− จะแปลงนิวตรอนให้เป็นโปรตอน จากนั้นก็สลายตัวกลายเป็นอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนปฏินิวทริโนคู่ Z0 ไม่แปลงประจุ แต่เปลี่ยนโมเมนตัมแทน และเป็นกลไกอย่างเดียวเท่านั้นสำหรับนิวตริโนที่กระจายอย่างยืดหยุ่น เกจโบซอนแบบอ่อนแอถูกค้นพบเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมในอิเล็กตรอนจากการแลกเปลี่ยนระหว่างนิวตริโนกับ Z. โฟตอนที่ไม่มีมวลจะเป็นตัวเชื่อมระหว่างการปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เกจโบซอนสี่ตัวเหล่านี้สร้างรูปแบบของการปฏิสัมพันธ์แบบไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak interaction) ในหมู่อนุภาคมูลฐานต่าง ๆ

ฮิกส์โบซอน

บทความหลัก: ฮิกส์โบซอน

แม้ว่าแรงที่อ่อนแอและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะปรากฏต่อเราค่อนข้างแตกต่างกับพลังงานในชีวิตประจำวันก็ตาม ทั้งสองแรงนี้ก็ถูกตั้งเป็นทฤษฏีเพื่อที่จะรวมกันเป็นแรงเดียวที่เรียกว่าเรงไฟฟ้าอ่อนแอ (อังกฤษ: electroweak force) ที่พลังงานสูง เห็นได้ชัดว่าคำทำนายนี้ได้รับการยืนยันจากการตรวจวัดพื้นที่หน้าตัดสำหรับการกระจายอิเล็กตรอน-โปรตอนแบบพลังงานสูงที่เครื่องทดลองการชนของเครื่องเร่งอนุภาคเยอรมันชื่อว่า Hadron Elektron Ring Anlage (HERA) ที่ Deutsches Elektronen-Synchrotron (English German Electron Synchrotron) (DESY) ความแตกต่างทั้งหลายที่พลังงานต่ำเป็นผลมาจากมวลที่สูงมากของ W และ Z โบซอน, ซึ่งเป็นผลมาจากกลไกของฮิกส์. ด้วยกระบวนการของ'การแตกออกแบบสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง' ฮิกส์เลือกทิศทางหนึ่งที่พิเศษในพื้นที่ไฟฟ้าอ่อนแอที่จะทำให้อนุภาคไฟฟ้าอ่อนแอสามตัวมีน้ำหนักมาก (โบซอนอ่อนแอทั้งหลาย) และทำให้ตัวหนึ่งยังคงปราศจากมวล (โฟตอน) ในวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 หลังจากหลายปีของการค้นหาด้วยการทดลองเพื่อหาหลักฐานของการดำรงอยู่ของมัน, ฮิกส์โบซอนได้รับการประกาศว่าสามารถสังเกตได้ที่เครื่องทดลองการชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (อังกฤษ: Large Hadron Collider) ของ CERN นายปีเตอร์ ฮิกส์ เป็นคนแรกที่ค้นพบการดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอนได้ปรากฏตัวที่การประกาศนั้น[16] เชื่อกันว่าฮิกส์โบซอนมีมวลประมาณ 125 GeV[17] 'คุณค่าทางสถิติ'ของการค้นพบนี้ถูกรายงานว่า 5 ซิกมา ซึ่งหมายถึงความเชื่อมั่นอยู่ที่ประมาณ 99.99994% ในฟิสิกส์ของอนุภาค นี้เป็นระดับของคุณค่าที่จำเป็นในการขึ้นป้ายอย่างเป็นทางการว่าการสังเกตที่ได้จากการทดลองเป็น'การค้นพบ' การวิจัยในคุณสมบัติต่าง ๆ ของอนุภาคที่ถูกค้นพบใหม่มีการดำเนินการต่อไป

แกรวิตอน

บทความหลัก: แกรวิตอน

แกรวิตอนได้รับการตั้งสมมติฐานเพื่อเป็นตัวเชื่อมของแรงโน้มถ่วง แต่ก็ยังคงไม่ถูกค้นพบและบางครั้งมันก็ยังรวมอยู่ในตารางของอนุภาคมูลฐาน[1] สปินของมันน่าจะเป็นสอง ดังนั้นมันจึงเป็นโบซอนตัวหนึ่ง และมันจะขาดประจุและมวล นอกเหนือจากการเป็นตัวเชื่อมของแรงที่อ่อนกำลังอย่างสุดขั้ว แกรวิตอนน่าจะมีปฏิยานุภาคของมันเอง[ต้องการอ้างอิง] และสลายตัวอย่างรวดเร็ว, ทำให้การตรวจพบตัวมันมีความยากลำบากอย่างมากแม้ว่ามันจะมีอยู่จริง