Standardmodellen för partikelfysik är fysikens bästa approximation till en komplett teori om verkligheten. Den beskriver dussintals partiklar och interaktionerna mellan dem, som delas in i tre kategorier; den starka kärnkraften, den svaga kärnkraften och elektromagnetism. Partiklarna passar in i två klasser: bosoner eller ferimoner.
Fermioner inkluderar den välbekanta protonen och neutronen (som båda är sammansatta av kvarkar, neutriner och gluoner) och elektronen, som är grundläggande.
Bosoner förmedlar interaktioner mellan fermioner.
Den största skillnaden mellan bosoner och fermioner är att bosoner kan dela samma kvanttillstånd, medan fermioner inte kan. Standardmodellen används rutinmässigt för att förutsäga resultatet av interaktioner mellan partiklar med många betydande noggrannhetssiffror. Den är inte helt komplett, men är den bästa teorin som finns sedan starten mellan 1970 och 1973.
Fermioner består av 6 kvarkvarianter och 6 leptonsorter. Nästan all materia vi observerar omkring oss består av 2 kvarktyper, ”uppåt” kvarken och ”nedåt” kvarken, och 1 leptonvariant, elektronen. Dessa tre partiklar är tillräckliga för att utgöra alla atomer i det periodiska systemet, och de molekyler som de skapar när de binds till varandra. De återstående 4 kvarkarna och 5 leptonerna är mer massiva versioner som annars beter sig på samma sätt som sina mindre massiva kusiner. De kan skapas i högenergifysikexperiment under perioder av en del av en sekund. Varje lepton har en neutrino (energibärande partikel med extremt låg massa och hög hastighet) som motsvarar den. Alla dessa partiklar har också antimateriaversioner, som beter sig på samma sätt, men förstörs vid kontakt med icke-antimateria, och omvandlar massan av båda partiklarna till ren energi.
Bosoner finns i 4 varianter, som förmedlar de tre grundläggande krafterna som nämnts tidigare. Den mest kända bosonen är fotonen, som förmedlar elektromagnetism. Detta är ansvarigt för alla fenomen kring elektricitet, magnetism och ljus. Andra bosoner inkluderar W- och Z-bosonerna, som förmedlar den svaga kärnkraften; och gluoner, som förmedlar den starka kärnkraften som binder samman kvarkar till större partiklar som neutroner och protoner. På detta sätt förklarar eller förenar Standardmodellen 3 av de 4 grundläggande krafterna i naturen; den enastående kraften är gravitationen.
Higgs-bosonen är en boson vars existens förutsägs av standardmodellen men som ännu inte har observerats. Det skulle vara ansvarigt för mekanismen genom vilken alla partiklar får massa. En annan hypotetisk boson är gravitonen, som skulle förmedla gravitationsinteraktioner.
Gravitation ingår inte i standardmodellen eftersom vi saknar en teoretisk beskrivning eller experimentella ledtrådar av de bosoner som förmedlar gravitationsinteraktioner. Men modern strängteori har introducerat spännande möjligheter för ytterligare utforskning av möjliga sätt att exponera den hypotetiska gravitonen. Om en dag lyckas, kan det visa sig att ersätta Standardmodellen genom att förena alla fyra grundläggande krafter, och därmed bli den svårfångade ”Teorin om allting.”