Arészecskefizikában azelemi részecske kétféle értelemben használatos. Általában olyan részecskét értünk alatta, amely tovább nem bontható (a tudomány mai állása szerint), néha az összes olyanrészecskét beleértik, ami más, nagyobb részecskének az építőköve. Például azatomok kisebb részecskékből,elektronokból,protonokból ésneutronokból épülnek fel. Viszont a proton és a neutron még elemibb részecskékből, akvarkokból ésgluonokból áll, ez az első, gyakoribb felfogás szerint nem elemi részecske. A fizika egyik leglényegesebb célkitűzése, hogy megtalálja a legelemibb részecskéket, amelyekből az összes többi részecske felépíthető, míg maguknak nincsenek még elemibb összetevőik. Ez különbözteti meg őket a többiszubatomi részecskétől.
A részecskefizikastandard modellje 12-féle elemifermiont (anyagi részecskét) és 5-félebozont (közvetítő részecskét), valamintantirészecskéiket és a nemrég kísérletileg is felfedezettHiggs-bozont tartalmazza. A standard modellt egyébként egy ideiglenes, nem alapvető elméletnek tekinthetjük a fizikusok általános véleménye szerint, sőt az is előfordulhat, hogy valamelyik komponenséről idővel kiderül majd, hogy nem alapvető, hanem összetett részecske. Létezhetnek ezenkívül olyan elemi részecskék, amelyeket a standard modell nem ír le. A legfontosabb említendő ilyen részecske agraviton, agravitációs kölcsönhatás feltételezett közvetítője.
Az elemi részecskék áttekintése az egymásra gyakorolt hatásuk, illetve elméleteik szempontjából
A 12 alapvető fermiont 3 családba sorolhatjuk, amelyek mindegyikének 4 tagja van. 6 részecske közülükkvark, 6 pediglepton. Az utóbbiak közül 3neutrínó, a maradék pedig azelektron, amüon és atau-lepton.
ACERN egyik kísérletéből és ettől függetlenkozmológiai vizsgálatokból derült ki, hogy pontosan három ilyen részecskecsalád van.Ha figyelembe vesszük, hogy a kvarkok háromféle színben léteznek, akkor az egyes családok össztöltésére 3·(2/3 - 1/3)-1+0 = 0 jön ki.
AHiggs-bozon astandard modell szerint két gyenge dublettből maradó egyetlen nagy tömegű részecske, ami spontán sérti az elektrogyenge szimmetriát az elektromágneses szimmetriává, közben tömeget adva a három gyenge közvetítő részecskének, valamint a kvarkoknak és a leptonoknak.
Afizika fejlődése során az első ilyen kiterjesztés magának atéridő fogalmának megszületése volt. Korábban a fizikai egyenletek a konkrét folyamatokat leíró törvényeknek megfelelően a hármastérbeli (Euklideszi-tér) koordináták változását adták meg az idő függvényében, ill. egy fizikai objektum paramétereit a külön kezelt térkoordináták, valamint az idő függvényében. A koordináták is és az idő is abszolút mennyiségek voltak abban az értelemben, hogy két jelenség távolsága ill. időkülönbsége minden koordináta-rendszerben ugyanaz volt.
A nem relativisztikuskvantummechanikában ahullámfüggvény és konjugáltjának szorzata egy valós skalármennyiség, a valószínűségi sűrűség eloszlása, ezért a két függvény transzformációs tulajdonságai mindenkoordináta-rendszerben ugyanolyan kapcsolatban állnak egymással. Relativisztikus esetben viszont a sűrűség egynégyesvektor nulladik komponense, elveszik tehát a kovariáns kapcsolat a hullámfüggvény és konjugáltja között, hiszen szorzatuk nem skalár. A konjugált mennyiség önálló szabadsági fokká válik, amit az antirészecskék megjelenésével azonosíthatunk. Minden részecskének van antirészecskéje, vannak olyanok azonban, akik a saját maguk antirészecskéi. Az ilyen részecskék hullámfüggvénye valós, töltésük semleges ésvalódi semleges részecskéknek hívjuk őket. Ilyen részecske például afoton.
Aszupermezők Grassmann-változók szerinti sorfejtésében – ez a sorfejtés aGrassmann-számok algebrája miatt véges – első tagként anégyestérbeli részecskemező szerepel, majd a Grassmann-spinor és egy „másik mező” szorzata, valamint még néhány további tag. Ez a másik mező új részecskét, a szokásos részecskeszuperpartnerét írja le. Mivel – feles spinű részecske transzformációs tulajdonságaival rendelkező – Grassmann-spinorral szorozva ugyanolyanok a transzformációs tulajdonságai, mint a négyestérbeli mezőé, ezért ha a „szokásos” részecskefermion, akkor a szuperpartner „bozon” és megfordítva. Minden részecskének van ilyen szuperpartnere aszuperszimmetria elmélete szerint. Kísérletileg még nem sikerült igazolni a létezésüket, de nagyon sok elméleti érv szól emellett. A szuperszimmetria, ha létezik is, akkor is sérült, hiszen sérülés nélkül a szuperpartnerek tömege ugyanakkora lenne, mint a „rendes” részecskéké, és akkor már biztosan felfedeztük volna őket. Így a sérülés miatt nyilván nagy tömegű részecskékről van szó, a sértés módja (direkt vagy spontán) azonban szintén vizsgálat tárgya.
Azelektrodinamikamértékszabadságának vizsgálata és akvantum-elektrodinamikai kiterjesztése a sugárzási térről (foton) az anyagi terekre (elektron) is kimutatta, hogy ez egy lokálisU(1)-szimmetria, ami egyértelműen megszabja az anyagi terek (töltések) és a sugárzási tér részecskéinek a kölcsönhatását, és a töltések közötti kölcsönhatást is ilyen töltés-sugárzási kölcsönhatásokon megy keresztül. Azaz az elektromágneses kölcsönhatás közvetítő részecskéje a foton.
A gyenge kölcsönhatás SU(2)-szimmetriája sérült, melyre aHiggs-bozonspontán szimmetriasértése ad magyarázatot, mivel ez egy sajátos, önkölcsönhatással rendelkező részecske, ami a sértésen keresztül tömeget ad a gyenge közvetítő bozonoknak és a fermionoknak (kvarkoknak ésleptonoknak).
