Ada dua kategori utama partikel subatom – fermion dan boson. Fermion adalah partikel yang kita anggap sebagai “barang” – lepton seperti elektron, neutrino, dan sepupu, dan quark seperti up quark dan lainnya dalam keluarga yang cukup besar. Gauge boson adalah partikel yang memediasi empat gaya fundamental alam – gaya nuklir lemah dan kuat, elektromagnetisme, dan gravitasi. Ini termasuk foton yang sudah dikenal, dan sepupunya yang jauh lebih jarang terlihat, boson W dan Z, gluon, dan (fisikawan memperkirakan) graviton, partikel yang banyak dicari yang dianggap menengahi interaksi gravitasi.
Penting untuk memahami perbedaan antara partikel subatom dan partikel fundamental. Fundamental berarti bahwa partikel tidak memiliki konstituen yang lebih kecil; itu mendasar. Tidak semua partikel subatom adalah fundamental, meskipun semua partikel fundamental yang diketahui adalah subatomik, artinya lebih kecil dari atom. Misalnya, proton dan neutron, partikel subatom yang menyusun atom, adalah partikel komposit dan bukan partikel fundamental, yang tersusun dari quark dan gluon yang masih lebih kecil. Partikel eksotik seperti tau neutrino atau muon adalah subatomik karena mereka lebih kecil dari atom, tetapi penting untuk diingat bahwa ini bukan bagian dari atom yang membentuk struktur yang terlihat di alam semesta kita.
Partikel subatomik begitu banyak dan beragam sehingga fisikawan menggunakan istilah “kebun binatang partikel” untuk menggambarkannya. Dalam domain lepton, ada 3 jenis elektron – elektron, muon dan tau – 3 jenis neutrino, dan antipartikelnya, membuat 12 lepton. Ada empat boson pengukur yang diketahui – foton, boson W dan Z, dan gluon. Dua boson tambahan, yang hampir pasti ada, tetapi belum diamati, termasuk boson Higgs dan graviton. Ini membuat total partikel fundamental menjadi 18. Tambahkan quark atas, bawah, bawah, atas, aneh, dan charm, dan antiquarknya, dan Anda memiliki 30 partikel fundamental subatom.
Namun, itu tidak semua. Anda mungkin ingat bahwa proton atau neutron terdiri dari tiga quark. Ini termasuk dua quark atas dan bawah, dan salah satu quark yang tersisa, menempel bersama gluon dalam inti atom. Namun, ini bukan satu-satunya konfigurasi quark yang mungkin – hanya yang paling stabil. Jika Anda entah bagaimana bisa mengambil partikel fundamental sesuka hati dan menyatukannya dalam konfigurasi yang berubah-ubah, Anda bisa membuat ribuan partikel subatomik baru.
Ratusan partikel subatomik ini sebenarnya telah diamati dalam eksperimen akselerator partikel. Mereka termasuk meson, yang hanya memiliki dua quark, dan hadron, yang memiliki tiga seperti proton dan neutron. Ada juga yang disebut glueballs atau gluonium, partikel subatomik yang hanya terdiri dari gluon, dan dugaan tetraquark, spesies partikel subatom yang akan terdiri dari empat quark. Apakah pentaquark dan seterusnya ada? Mungkin begitu, tetapi untuk menemukannya akan membutuhkan peralatan eksperimental yang jauh melebihi kemampuan terbaik kita saat ini.