Partículas elementales
Los electrones y los quarks no contienen ninguna estructura discernible; no pueden reducirse ni separarse en componentes más pequeños. Por lo tanto, es razonable llamarlas partículas «elementales», un nombre que en el pasado se dio erróneamente a partículas como el protón, que en realidad es una partícula compleja que contiene quarks. El término partícula subatómica se refiere tanto a las verdaderas partículas elementales, como los quarks y los electrones, como a las partículas más grandes que forman los quarks.
Aunque ambas son partículas elementales, los electrones y los quarks difieren en varios aspectos. Mientras que los quarks forman juntos nucleones dentro del núcleo atómico, los electrones circulan generalmente hacia la periferia de los átomos. De hecho, los electrones se consideran distintos de los quarks y se clasifican en un grupo separado de partículas elementales llamadas leptones. Existen varios tipos de leptones, al igual que existen varios tipos de quarks (véase más adelante Quarks y antiquarks). Sin embargo, sólo se necesitan dos tipos de quarks para formar protones y neutrones, y éstos, junto con el electrón y otra partícula elemental, son todos los elementos necesarios para construir el mundo cotidiano. La última partícula necesaria es una partícula eléctricamente neutra llamada neutrino.
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Los neutrinos no existen dentro de los átomos en el sentido en que lo hacen los electrones, pero desempeñan un papel crucial en ciertos tipos de desintegración radiactiva. En un proceso básico de un tipo de radiactividad, conocido como desintegración beta, un neutrón se transforma en un protón. Al realizar este cambio, el neutrón adquiere una unidad de carga positiva. Para mantener constante la carga total en el proceso de desintegración beta y cumplir así con la ley física fundamental de conservación de la carga, el neutrón debe emitir un electrón con carga negativa. Además, el neutrón también emite un neutrino (estrictamente hablando, un antineutrino), que tiene poca o ninguna masa y ninguna carga eléctrica. Las desintegraciones beta son importantes en las transiciones que se producen cuando los núcleos atómicos inestables cambian para hacerse más estables, y por esta razón los neutrinos son un componente necesario para establecer la naturaleza de la materia.
El neutrino, al igual que el electrón, está clasificado como un leptón. Así, a primera vista parece que sólo deberían existir cuatro tipos de partículas elementales -dos quarks y dos leptones-. Sin embargo, en la década de 1930, mucho antes de que se estableciera el concepto de quarks, quedó claro que la materia es más complicada.