ฟิสิกส์ของอนุภาคเป็นสาขาย่อยของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอนุภาคมูลฐานของอะตอม ซึ่งเป็นอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอม ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบความก้าวหน้าทางการทดลองหลายครั้งซึ่งชี้ให้เห็นว่าอะตอมซึ่งเชื่อกันว่าเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารนั้นประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่า มีการคิดค้นทฤษฎีใหม่เพื่ออธิบายสิ่งนี้ (เช่น โมเดลมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค) การทดลองใหม่ๆ จำนวนมากได้รับการออกแบบ (โดยใช้ อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องเร่งอนุภาค) และค่อยๆ ปรากฏชัดว่าอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมอาจแตกสลายได้ เพิ่มเติม ตัวอย่างสองตัวอย่างของอนุภาคดังกล่าว ได้แก่ ควาร์กและเลปตอน และในขณะที่อนุภาคประเภทนี้มีความคล้ายคลึงกันมาก ความแตกต่างของอนุภาคเหล่านี้มักจะชัดเจน
ควาร์กและเลปตอนเป็นทั้งอนุภาคมูลฐาน
Quarks (ตั้งชื่อโดย Murray Gell-Mann ผู้ได้รับรางวัลโนเบลตามคำพูดในหนังสือ "Finnegan's Wake" โดย James Joyce) และ leptons เชื่อว่าเป็นอนุภาคพื้นฐานที่สุดที่มีอยู่ กล่าวคือไม่สามารถแบ่งออกเป็นอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบเพิ่มเติมได้ ควาร์กและเลปตอนก็ไม่ใช่อนุภาคเช่นกัน ค่อนข้างจะหมายถึงตระกูลของอนุภาค ซึ่งแต่ละอันประกอบด้วยสมาชิกหกคน กลุ่มอนุภาคควาร์กประกอบด้วย ขึ้น ลง บน ล่าง เสน่ห์ และอนุภาคแปลก ในขณะที่ strange เลปตอนประกอบด้วยอิเล็กตรอน นิวตริโนอิเล็กตรอน มิวออน มิวออน นิวตริโน เทา และเทานิวตริโน อนุภาค นอกจากนี้ยังมีปฏิปักษ์ที่เกี่ยวข้องกับแต่ละอนุภาค ปฏิปักษ์เป็นกระจกตรงข้ามกับอนุภาคที่สอดคล้องกัน (เช่น มีประจุตรงข้าม)
Leptons มีประจุเป็นจำนวนเต็ม; ควาร์กมีประจุเป็นเศษส่วน
Leptons มีประจุไฟฟ้าของหน่วยประจุพื้นฐานหน่วยใดหน่วยหนึ่ง อิเล็กตรอน) ในกรณีของอิเล็กตรอน มิวออน หรือเอกภาพ หรือไม่มีประจุ ในกรณีของอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน นิวตริโน ในทางกลับกัน ควาร์กแต่ละตัวมีประจุเป็นเศษส่วน ( +/- 1/3 หรือ +/- 2/3 ขึ้นอยู่กับควาร์ก) เมื่อควาร์กเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกัน ผลรวมของประจุของพวกมันจะรวมกันเป็นประจุจำนวนเต็มเสมอ ตัวอย่างเช่น ถ้าอัพควาร์กสองตัวและดาวน์ควาร์กหนึ่งตัว (ที่มีประจุ +2/3 และ -1/3 ตามลำดับ) ถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกัน ผลรวมของประจุจะเพิ่มเป็น +1 และอนุภาคใหม่จะถูกสร้างขึ้น อนุภาคใหม่นี้คือโปรตอน หนึ่งในองค์ประกอบหลักของนิวเคลียสของอะตอม
Leptons สามารถดำรงอยู่ได้อย่างอิสระ; ควาร์กไม่สามารถ
ในขณะที่ควาร์กทั้งหมดมีประจุเป็นเศษส่วน ควาร์กจะไม่มีวันมีอยู่อย่างอิสระในธรรมชาติ นี่เป็นเพราะแรงพื้นฐานที่เรียกว่า "แรงที่แข็งแกร่ง" พลังที่แข็งแกร่งซึ่งไกล่เกลี่ยโดย อนุภาคนำพาแรงที่เรียกว่ากลูออน ทำหน้าที่ภายในนิวเคลียสของอะตอม และทำให้ควาร์กดึงดูดหนึ่ง อื่น แรงระหว่างควาร์กจะเพิ่มขึ้นเมื่อแยกออกจากกัน เพื่อให้แน่ใจว่าจะตรวจไม่พบควาร์กอิสระ สาขาการศึกษาที่อุทิศให้กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กและกลูออนเรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์ (QCD) ในทางกลับกัน Leptons เป็นอนุภาค "อิสระ" มากและสามารถแยกออกได้
ควาร์กและเลปตอนอยู่ภายใต้แรงพื้นฐานที่แตกต่างกัน
แรงพื้นฐานในธรรมชาติมีสี่อย่าง: แรงแรง (ซึ่งยึดนิวเคลียสของอะตอมและควาร์กไว้ด้วยกัน) แรงอ่อน (ซึ่งรับผิดชอบ การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี) แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งช่วยให้อะตอมรวมกัน) และแรงโน้มถ่วง (ซึ่งทำหน้าที่วัตถุใด ๆ ที่มีมวลหรือพลังงานใน จักรวาล). ควาร์กอยู่ภายใต้แรงพื้นฐานทั้งหมด ในทางกลับกัน leptons อยู่ภายใต้แรงทั้งหมดยกเว้นแรงที่แข็งแกร่ง นี่เป็นเพราะแรงอย่างแรงมีพิสัยสั้นมาก โดยทั่วไปแล้วจะเล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม ดังนั้น พลังที่แข็งแกร่งจึงมักจำกัดอยู่ที่บริเวณนี้ ในทางกลับกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอสามารถกระทำได้ในระยะทางที่ไกลกว่าแรงที่แข็งแกร่งมาก
