Elementární částice

Elektrony a kvarky neobsahují žádnou rozeznatelnou strukturu; nelze je redukovat ani rozdělit na menší složky. Proto je rozumné je nazývat „elementárními“ částicemi, což je název, který byl v minulosti mylně dáván částicím, jako je proton, který je ve skutečnosti složenou částicí obsahující kvarky. Termín subatomární částice se vztahuje jak na skutečné elementární částice, jako jsou kvarky a elektrony, tak na větší částice, které kvarky tvoří.

Ačkoli jsou obě částice elementární, elektrony a kvarky se v několika ohledech liší. Zatímco kvarky společně tvoří nukleony v atomovém jádře, elektrony zpravidla obíhají směrem k periferii atomů. Elektrony jsou totiž považovány za odlišné od kvarků a jsou zařazeny do samostatné skupiny elementárních částic nazývané leptony. Existuje několik typů leptonů, stejně jako existuje několik typů kvarků (viz níže Kvarky a antikvarky). K vytvoření protonů a neutronů jsou však zapotřebí pouze dva typy kvarků, které spolu s elektronem a jednou další elementární částicí představují všechny stavební kameny potřebné ke stavbě každodenního světa. Poslední potřebnou částicí je elektricky neutrální částice zvaná neutrino.

Neutrina neexistují v atomech v takovém smyslu jako elektrony, ale hrají klíčovou roli při některých typech radioaktivního rozpadu. V základním procesu jednoho typu radioaktivity, známého jako beta rozpad, se neutron mění na proton. Při této změně získává neutron jednu jednotku kladného náboje. Aby celkový náboj v procesu rozpadu beta zůstal konstantní a vyhovoval tak základnímu fyzikálnímu zákonu zachování náboje, musí neutron emitovat záporně nabitý elektron. Kromě toho neutron emituje také neutrino (přesně řečeno antineutrino), které má malou nebo žádnou hmotnost a žádný elektrický náboj. Beta rozpady jsou důležité při přechodech, ke kterým dochází, když se nestabilní atomová jádra mění na stabilnější, a z tohoto důvodu jsou neutrina nezbytnou součástí při určování povahy hmoty.

Neutrino se stejně jako elektron řadí mezi leptony. Na první pohled se tedy zdá, že by měly existovat pouze čtyři druhy elementárních částic – dva kvarky a dva leptony. Ve třicátých letech 20. století, tedy dávno před zavedením konceptu kvarků, se však ukázalo, že hmota je složitější.