Tarih boyunca filozoflar ve bilim adamları maddenin yapısı hakında yorumlar yapmışlardır. 20.yüzyılın başlarında proton , elektron ve notron keşfedilerek bunların maddenin yapı taşları olduğu kabul edilmiştir. Ancak çok geçmeden bunların da maddenin temel parçacıkları olmadığı anlaşılmıştır.
1970'lerde ortaya atılan Standart model, temel parçacıklar teorisine ve bunların nasıl etkileşime girdiğine verilen isimdir. Standart modelde, şekilde gösterilen tabloya göre düzenlenmiş on yedi isimli temel parçacık vardır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda bulunan son parçacıklar, 1983'teki W ve Z bozonları, 1995'teki üst kuark, 2000'deki tau nötrino ve 2012'deki Higgs bozonudur.
Temel parçacıklar ya fermiyon denilen maddenin yapı taşları ya da bozon denilen etkileşimin aracılarıdır. Standart modelde on iki adet fermiyon ve beş adet adet bozon bulunmaktadır.
Madde parçaçıkları "Fermiyon" ve "Bozon" olmak üzere iki kısımdan oluşur.
Fermiyonlar, Pauli dışlama ilkesi olarak tanımlanan istatistiksel bir kurala uyar. Basitçe ifade etmek gerekirse, fermiyonlar aynı anda aynı yeri işgal edemez. Başka bir deyişle, aynı kuantum sayılarıyla iki fermiyon tanımlanamaz. Fermiyonlar kısacası madde parçacıklarıdır. (maddenin oluşmasında rol alan temel parçacıklarıdır) Maddeyi oluşturan temel parçacıklar, "Kuarklar" ve "Leptonlar" olmak üzere iki kısımdan oluşur.
Yunanca "leptos" kelimesinden türetilen, ince, narin, hafif veya küçük anlamına gelen leptonlar olarak adlandırılır. Başlangıçta leptonlar 'hafif' partiküller olarak kabul edildi ve 'ağır' partiküllere sahipti, ancak 1975'te tau leptonun keşfi bu kuralı değiştirdi. Bu parçacıkların birbirlerine bağlanmazlar. doğada serbest halde bulunurlar. Bilinen en tanınmış temel parçacığı elektrondur. Hadronlardan daha hafiftir.
"Quark" kelimesi, ilk olarak İrlandalı yazar James Joyce (1882-1941) tarafından yazılan Finnegans Wake romanının tek bir satırında ilk defa geçer. Standart ilk ortaya atıldığı zamanlarda bilinen sadece üç tane quark vardı ve isimleri parçığa dair bir anlam ifade ediyordu. Şimdi ise altı quark var ve isimleri parçığa dair bir anlam ifade etmemektedir. Bu temel parçacıklar;
1. Up (yukarı) kuark
2. Down (aşağı) kuark
3. Bottom (alt) kuark
4. Top (üst) kuark
5. Charm (tılsım) kuark
6. Starnge (garip) kuark
Süpersimetri teorisine göre her doğada her parçacığın bir anti parçacığı bulunur. Kuarkların da antikuarkları bulunur. Bu antikuark parçacıkları;
1. Anti-Up kuark
2. Anti-Down kuark
3. Anti-Bottom kuark
4. Anti-Top kuark
5. Anti-Charm kuark
6. Anti-Starnge kuark
İkili ve ya üçlü kuarkın bir araya gelmesiyle oluşan yapılara "Hadron" denir.Hadronlar, "Baryon" ve ""mezon" olmak üzere iki gruba ayrılır.
Baryon' ismi, Yunanca 'ağır' kelimesinden gelir. Çünkü, isimlendirildikleri sırada, en bilinen temel partiküllerin kütleleri, baryonların kütlesinden daha düşük olmasıydı. Üç kuarkın bir araya gelmesiyle baryonlar oluşur. Proton, nötron birer baryondur. Yarı-tamsayılı spine sahiptirler. Her baryon kendisine karşılık gelen bir anti-baryonu bulunur. Baryonları oluşturan kuarkların anti-kuarklarıda antibaryonları oluşturur. Örneğin, bir proton iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşurken protona karşılık gelen anti-partikülü olan anti-proton, iki yukarı anti-kuark ve bir aşağı anti-kuarktan oluşur. Bu parçacıklar, evrendeki görünür maddenin kütlesinin çoğunu oluşturur ve her atomun çekirdeğinin bileşenlerini oluşturur.
Parçacık fiziğinde mesonlar, güçlü etkileşimlerle birbirine bağlanmış, bir kuark ve bir antikuarktan oluşan atom altı parçacıklardır. Mesonlar kuark alt parçacıklarından oluştuğundan, fiziksel olarak büyüklükleri, kabaca bir femtometre çapındadır, bir proton veya nötronun yaklaşık 1,2 katı büyüklüğündedir. Mezonlar çok kararsız yapılı parçacıklardır, en uzun ömürlü olanı bir kaç mikrosaniyedir.
Mesonlar doğada aynı madde ve kozmik ışınların açığa çıktığı gibi kuarkların yüksek enerjili çarpışmaları sonucu oluşurlar. Mesonlar ayrıca "cyclotron" (parçacık hızlandırıcı) aracılığıyla yapılan proton anti-proton ve diğer parçacıkların çarpıştırlmarı sonucu yapay olarak da üretilirler. Pion ve Kaon birer Mezondur. Baryonların kütlesinden çok daha hafifdirler.
Kuantum mekaniğinde, bir bozon Bose-Einstein istatistiklerini takip eden ve madde parçacıkları arasında meydana gelen etkileşimlere aracılık eden kuvvet parçacıklarıdır. İki parçacık sınıfından biri ferniyonlarken diğeri bozonlardır. Örneğin; iki up (yukarı) kuark ve bir down (aşağı) kuarkın bir araya gelmesiyle proton taneciği oluşur. Bu kuarkları bir arada tutan kuvvet parçacıkları bozonlardır. Maddeyi oluşturan temel parçacıklar (yani leptonlar ve kuarklar) fermiyonları oluştururken, temel bozonlar bu temel parçacıklar arasında 'tutkal' gibi işlev görür böylece evrendeki görünür maddenin tümünün oluşmasını sağlar. Bozonlar kendi içinde dört gruba ayrılır.
W ve Z Bozonları kararsız çekirdeklerin bozulmasından, nötrino ve leptonların çekirdek ile etkileşmelerinden sorumlu zayıf çekirdek kuvvetleridir. Menzilli kısadır.
Temel kuvvetler arasında güçlü çekirdek kuvvetini oluşturan bozondur. Örneğin çekirdekteki protonları bir arada tutarak dağılmasını engeller. Zayıf kuvveten milyar kez daha kuvvetlidir. Menzili kısadır.
Yüklü parçacıklar ve elektromanyetik maddeler arasındaki kuvveti oluştururlar. Elektromanyetik kuvvetlerin menzili uzundur.
Kütlesi olan tüm parçacıkların birbirini çekmesinden sorumludur. Kütle çekim kuvvetini oluştururlar. Deneysel olarak halen gözlenememiştir.
Standart modele göre Higgs Alanı tüm uzayı doldurmaktadır. Fermiyonların ve W ve Z Bozonlarının kütle kazanmalarının sebebi Higgs Alanıyla etkileşime girmesinden kaynaklanmaktadır. Etkileşime etki eden parçacık Higgs Bozonudur. Higgs Bozonuda, Higgs Alanı ile etkileşime girerek kütle kazanır. Gluon ve Foton Higgs Alanı ile etkileşime giremediğinden kütlesizdir.
Evrende her parçacığın anti-parçacığı (karşıt parçacık) bulunur. Parçacık ile anti-parçacık aynı kütleye sahip iken, yük olarak zıt yüklere sahiptirler. Madde taneciklerini oluşturan temel parçacıkların anti-parçacıkları da anti-maddeyi oluştururlar.
İlk anti-parçacık olan pozitron (elektronun anti-parçacığıdır) 1930 yılında kozmik ışınlarının incelenmesi sırasında keşfedilmiştir. Elektron -1 yüküne sahip iken karşıt parçacığı olan pozitron +1 yüke sahiptir. İki anti parçacık çarpıştığında birbirlerini yok ederler bu sırada elektronun kütlesine eşdeğer enerjiye sahip iki ve ya daha fazla foton (ışıma) salınır. Bu olaya yok olma tepkimesi adı verilir. Aynı zaman da madde ve anti maddenin durgun kütle enerjisine sahip fotonların çarpışması ile paçacık ve karşıt parçacık oluşur. Bu olaya çift oluşum tepkimesi adı verilir.
