Det finns två huvudkategorier av subatomära partiklar – fermioner och bosoner. Fermioner är de partiklar vi tänker på som ”grejer” – leptoner som elektronen, neutrinon och kusiner, och kvarkar som uppkvarken och andra i dess stora familj. Gaugebosoner är de partiklar som förmedlar naturens fyra grundläggande krafter – de svaga och starka kärnkrafterna, elektromagnetism och gravitation. Dessa inkluderar den välbekanta fotonen och dess långt mindre ofta sedda kusiner, W- och Z-bosonerna, gluonerna och (fysiker förväntar sig) gravitonen, den mycket eftertraktade partikeln som tros förmedla gravitationsinteraktioner.
Det är viktigt att förstå skillnaden mellan subatomära partiklar och fundamentala partiklar. Grundläggande betyder att partikeln inte har några mindre beståndsdelar; det är grundläggande. Inte alla subatomära partiklar är fundamentala, även om alla kända fundamentala partiklar är subatomära, vilket betyder mindre än atomer. Till exempel är protoner och neutroner, subatomära partiklar som utgör atomen, sammansatta partiklar snarare än fundamentala, som består av ännu mindre kvarkar och gluoner. Exotiska partiklar som tau-neutrino eller myoner är subatomära eftersom de är mindre än atomer, men det är värdefullt att komma ihåg att dessa inte är en del av atomerna som utgör synliga strukturer i vårt universum.
Subatomära partiklar är så många och varierande att fysiker har använt termen ”partikelzoo” för att beskriva dem. I domänen leptoner finns det 3 typer av elektroner – elektron, muon och tau – 3 typer av neutrino och deras antipartiklar, vilket gör 12 leptoner. Det finns fyra kända gauge bosoner – fotonen, W och Z bosoner och gluon. Två ytterligare bosoner, som nästan säkert existerar, men som ännu inte har observerats, inkluderar Higgs-bosonen och gravitonen. Detta bringar summan av fundamentala partiklar till 18. Lägg till topp-, ned-, botten-, upp-, konstiga och charm-kvarkar och deras antikvarkar, och du har 30 fundamentala, subatomära partiklar.
Det är dock inte allt. Du kanske minns att en proton eller neutron består av tre kvarkar. Dessa inkluderar två av antingen upp och ner kvarkar, och en av de återstående kvarkar, fastnade tillsammans med gluoner i atomkärnan. Detta är dock inte den enda möjliga kvarkkonfigurationen – bara den mest stabila. Om du på något sätt kunde plocka upp fundamentala partiklar efter behag och hålla ihop dem i godtyckliga konfigurationer, skulle du kunna skapa tusentals nya subatomära partiklar.
Hundratals av dessa subatomära partiklar har faktiskt observerats i experiment med partikelacceleratorer. De inkluderar mesoner, som bara har två kvarkar, och hadroner, som har tre liknande protoner och neutroner. Det finns också de så kallade glueballs eller gluonium, subatomära partiklar som inte består av något annat än gluoner, och den misstänkta tetraquark, en art av subatomära partiklar som skulle bestå av fyra kvarkar. Finns pentaquarks och bortom? Kanske det, men för att hitta dem skulle det krävas experimentell utrustning som är långt över vårt nuvarande bästa.