Osakestefüüsika standardmudel

Suurema osa kahekümnendast sajandist avastas osakestefüüsika üha kasvava "elementaarosakeste" nimekirja — 1960ndateks aastateks sadu neist —, kuni selgus, et enamik ei olnud üldse elementaarsed, vaid liitosakesed, mis on ehitatud palju väiksemast tõeliselt fundamentaalsete koostisosade hulgast. Standardmudel on teooria, mis korraldab need tõelised fundamendid ja jõud, mis nende vahel toimivad.

Aineosakesed jagunevad kahte perekonda, mõlemad fermionid (alluvad Pauli keeluprintsiibile). Kvarke on kuut tüüpi ("maitset": üles, alla, veetlus, imelik, tipp, põhi) ja need kombineeruvad kahe- või kolmekaupa gruppidesse, seotud tugeva jõu poolt, moodustades liitosakesi nimega hadronid — prooton on kaks üles-kvarki ja üks alla-kvark, neutron on kaks alla-kvarki ja üks üles-kvark. Kvarke ei vaadelda kunagi isoleeritult; tugev jõud nende vahel kasvab eraldumisel, mitte ei vähene, seega maksab kvargi hadronist väljatõmbamine nii palju energiat, et see loob selle asemel vaakumist uusi kvark-antikvark paare, nähtus nimega konfinement. Leptonid on teine aineosakeste perekond ja hõlmavad elektroni koos tema raskemate sugulaste müüoni ja tauoniga, pluss kolm vastavat neutriinot; erinevalt kvarkidest vaadeldakse leptone nagu elektron otseselt ja üksikult ega allu need üldse tugevale jõule.

Jõude nende aineosakeste vahel kannavad teist tüüpi osakesed, bosonid, üks tüüp iga vastastikmõju kohta, mida standardmudel kirjeldab: footon kannab elektromagnetilist jõudu, W ja Z bosonid kannavad nõrka jõudu (vastutav selliste protsesside eest nagu beetalagunemine) ja gluuon kannab tugevat jõudu, mis seob kvarke kokku hadronite sees ja seob kaudselt prootoneid ja neutroneid kokku tuumade sees. Eraldi osake, Higgsi boson, on seotud mehhanismiga, mis annab paljudele standardmudeli osakestele nende massi. Gravitatsioon on sellest pildist silmatorkavalt puudu: standardmudeli raamistikus ei ole leitud gravitatsioonile ühtki kinnitatud jõudu kandvat osakest ja gravitatsiooni ühendamine teiste kolme standardmudeli poolt kirjeldatud jõuga jääb üheks füüsika suurimaks lahtiseks probleemiks.