Fizika delcev je podpolje fizike, ki se ukvarja s preučevanjem osnovnih subatomskih delcev - delcev, ki tvorijo atome. V začetku 20. stoletja so bili izvedeni številni eksperimentalni preboji, ki so nakazovali, da so atomi, ki naj bi bili najmanjša sestavina snovi, sestavljeni iz še manjših delcev. Za razlago so bile razvite nove teorije (na primer Standardni model fizike delcev), zasnovanih je bilo veliko novih poskusov (z uporabo opreme, kot so pospeševalniki delcev) in postopoma je postalo jasno, da se delci, ki tvorijo atome, lahko celo razgradijo naprej. Dva primera takšnih delcev sta kvarki in leptoni, in čeprav imajo te vrste delcev veliko skupnega, so njihove razlike pogosto močne.
Kvarki in Leptoni so temeljni delci
Quarks (po navedbah v knjigi Jamesa Joycea "Finnegan's Wake") Nobelov nagrajenec Murray Gell-Mann in leptoni so trenutno najbolj temeljni delci, ki obstajajo; to pomeni, da jih ni mogoče razgraditi na nadaljnje sestavne delce. Kvarki in leptoni tudi sami niso delci; namesto tega se nanašajo na družine delcev, od katerih ima vsak šest članov. Družino delcev quark sestavljajo gor, dol, zgoraj, spodaj, šarm in nenavadni delci leptoni so sestavljeni iz elektrona, elektronskega nevtrina, muona, muonskega nevtrina, tau in tau nevtrina delcev. Z vsakim delcem so povezani tudi delci, ki so zrcalo v nasprotju z ustreznim delcem (npr. Imajo nasprotni naboj).
Leptoni imajo celoštevilčno polnjenje; Kvarki imajo delno obremenitev
Leptoni imajo električni naboj ene osnovne enote naboja (definiran kot naboj enega samega elektrona), v primeru elektrona, muona ali tauja ali brez naboja, v primeru ustreznega nevtrini. Kvarki pa imajo delne naboje (+/- 1/3 ali +/- 2/3, odvisno od kvarka). Ko so ti kvarki združeni, se vsota njihovih dajatev vedno sešteje v celoštevilen naboj. Če sta na primer združena dva kvarka navzgor in en kvark navzdol (z naboji +2/3 oziroma -1/3), seštevek nabojev sešteje do +1 in ustvari se nov delček. Ta novi delec je proton, ena glavnih sestavin atomskega jedra.
Leptoni lahko obstajajo brezplačno; Quarks Ne morem
Čeprav imajo vsi kvarki delni naboj, kvark v naravi nikoli ne bo prosto obstajal; to je zaradi temeljne sile, znane kot "močna sila". Močna sila, ki jo posreduje delci, ki nosijo silo, imenovani gluoni, delujejo v jedru atomov in ohranjajo kvarke, ki jih privlačijo drugo. Sila med kvarki narašča, ko se odmikajo, kar zagotavlja, da prosti kvark ni nikoli zaznan. Področje proučevanja interakcij med kvarki in gluoni se imenuje kvantna kromodinamika (QCD). Leptoni pa so zelo "neodvisni" delci in jih je mogoče izolirati.
Kvarki in Leptoni so podvrženi različnim temeljnim silam
V naravi obstajajo štiri temeljne sile: močna sila (ki drži atomska jedra in kvarke skupaj), šibka sila (ki je odgovorna za radioaktivni razpad), elektromagnetno silo (ki pomaga ohranjati atome skupaj) in gravitacijsko silo (ki deluje na kateri koli predmet z maso ali energijo v vesolje). Kvarki so podvrženi vsem temeljnim silam; leptoni pa so podvrženi vsem silam, razen močni. To je zato, ker ima močna sila zelo majhen domet, običajno manjši od atomskega jedra; zato je močna sila na splošno omejena na to območje. Šibke, elektromagnetne in gravitacijske sile pa lahko delujejo na veliko večji razdalji kot močne sile.