La física de partículas es el estudio de las partículas fundamentales y las fuerzas que las guían. Debido a que muchas de las partículas fundamentales solo aparecen durante colisiones relativistas en aceleradores de partículas, coloquialmente llamados «destructores de átomos», la física de partículas también se conoce como «física de altas energías». Los físicos han estado golpeando partículas a velocidades extremas desde 1929.
La mejor imagen de la física de partículas que tenemos hoy se llama Modelo Estándar, desarrollado minuciosamente en la década de 1970. Fue una reacción al “zoológico de partículas”, una enorme proliferación de partículas fundamentales inusuales descubiertas durante experimentos de física de alta energía en los años cincuenta y sesenta. El recuento final de partículas terminó en alrededor de 1950, incluidos 1960 fermiones (quarks, electrones, neutrinos y sus antipartículas), 31 bosones (uno de los cuales, el gravitón, aún no se ha observado) y una partícula esquiva responsable de la propiedad de la masa misma, que también tiene que ser observada, el bosón de Higgs. Básicamente, los fermiones forman la materia y los bosones median las interacciones entre la materia. La luz que proviene de la pantalla de su computadora está formada por fotones que son bosones. Están interactuando con los fermiones que forman su globo ocular.
La mayor parte de la materia que nos rodea está compuesta solo por unas pocas partículas fundamentales: quarks up, quarks down y electrones. También hay 50 billones de neutrinos de baja masa que fluyen a través de nuestros cuerpos cada segundo, pasando por toda la Tierra casi como si ni siquiera estuviera allí. Los neutrinos, cuyo nombre significa «pequeña partícula neutra», son tan escurridizos que ni siquiera se sabía que tenían masa hasta 1998. Una de las áreas más nuevas de la astronomía se conoce como astronomía de neutrinos, en la que el flujo de neutrinos del Sol y las supernovas se observan utilizando detectores enormes.
Aunque solo unas pocas partículas en el zoológico de partículas componen la materia con la que estamos familiarizados, la física de partículas nos brinda una gran comprensión de la estructura de la realidad al mostrarnos las variantes menos comunes y cómo encajan en una familia unificada. Se puede decir que la física de partículas es responsable de la existencia de energía nuclear, medicina nuclear y bombas nucleares. La física de partículas se considera una de las áreas de la ciencia más respetadas porque termina produciendo conocimientos que son útiles para otras áreas, como las matemáticas.