Физиката на частиците е подполето на физиката, което се занимава с изучаването на елементарни субатомни частици - частиците, изграждащи атоми. В началото на 20 век са направени много експериментални пробиви, които предполагат, че атомите, за които се смята, че са най-малкият компонент на материята, са съставени от още по-малки частици. За да се обясни това са измислени нови теории (като Стандартния модел на физиката на частиците), проектирани са много нови експерименти (използвайки оборудване като ускорители на частици) и постепенно стана ясно, че частиците, изграждащи атоми, могат дори да бъдат разбити по-нататък. Два примера за такива частици са кварки и лептони и макар че тези видове частици имат много общо, разликите им често са ярки.
Кварките и лептоните са и двете основни частици
Кварки (наречени от носителя на Нобелова награда Мъри Гел-Ман след цитат в книгата „Събуждането на Финеган“ от Джеймс Джойс) и лептоните в момента се смятат за най-основните частици, които съществуват; тоест те не могат да бъдат разбити на допълнителни съставни частици. Кварките и лептоните също не са частици; по-скоро те се отнасят до семейства частици, всяка от които съдържа шест членове. Фамилията кваркови частици се състои от горе, долу, отгоре, отдолу, чар и странни частици, докато лептоните се състоят от електрон, електронно неутрино, мюон, мюон неутрино, тау и тау неутрино частици. Съществуват и античастици, свързани с всяка частица, като античастицата е огледалото, противоположно на съответната частица (например има противоположния заряд).
Leptons имат целочислена такса; Quarks имат частичен заряд
Лептоните имат електрически заряд или на една основна единица заряд (дефинирана като заряд на единичен електрон), в случай на електрон, мюон или тау, или без заряд, в случай на съответния неутрино. От друга страна, кварките имат частични заряди (+/- 1/3 или +/- 2/3, в зависимост от кварка). Когато тези кварки са групирани заедно, сумата от таксите им винаги се добавя към цяло число. Например, ако два кварка нагоре и един кварк надолу (със заряди съответно +2/3 и -1/3) са групирани, сумата от таксите се добавя до +1 и се създава нова частица. Тази нова частица е протонът, един от основните компоненти на атомното ядро.
Лептоните могат да съществуват свободно; Quarks Не може
Докато всички кварки имат частичен заряд, кварк никога няма да съществува свободно в природата; това се дължи на основна сила, известна като "силна сила". Силната сила, която се посредничи от силоносни частици, наречени глюони, действа в ядрото на атомите и поддържа кварки, привлечени от един друг. Силата между кварките се увеличава при раздалечаването им, като гарантира, че свободен кварк никога не се открива. Областта на изследване, посветена на взаимодействията между кварки и глюони, се нарича квантова хромодинамика (КХД). Лептоните, от друга страна, са много "независими" частици и могат да бъдат изолирани.
Кварковете и лептоните са обект на различни основни сили
В природата има четири основни сили: силната сила (която държи атомните ядра и кварки заедно), слабата сила (която е отговорна за радиоактивен разпад), електромагнитната сила (която помага да се поддържат атомите заедно) и гравитационната сила (която действа на всеки обект с маса или енергия в вселена). Кварковете са подвластни на всички основни сили; лептоните, от друга страна, са подвластни на всички сили, с изключение на силната сила. Това е така, защото силната сила има много малък обхват, обикновено по-малък от този на атомното ядро; следователно силната сила обикновено се ограничава до тази област. Слабите, електромагнитни и гравитационни сили, от друга страна, могат да действат на много по-голямо разстояние от силната сила.