Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die beste Annäherung der Physik an eine vollständige Theorie der Realität. Es beschreibt Dutzende von Teilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen, die in drei Kategorien fallen; die starke Kernkraft, die schwache Kernkraft und der Elektromagnetismus. Die Teilchen lassen sich in zwei Klassen einteilen: Bosonen oder Ferimone.
Fermionen umfassen das bekannte Proton und Neutron (beide bestehen aus Quarks, Neutrinos und Gluonen) und das Elektron, das fundamental ist.
Bosonen vermitteln Wechselwirkungen zwischen Fermionen.
Der Hauptunterschied zwischen Bosonen und Fermionen besteht darin, dass Bosonen denselben Quantenzustand teilen können, während Fermionen dies nicht können. Das Standardmodell wird routinemäßig verwendet, um die Ergebnisse von Wechselwirkungen zwischen Partikeln mit vielen signifikanten Genauigkeitszahlen vorherzusagen. Sie ist nicht ganz vollständig, aber die beste Theorie seit ihrer Einführung zwischen 1970 und 1973.
Fermionen bestehen aus 6 Quarksorten und 6 Leptonsorten. Fast die gesamte Materie, die wir um uns herum beobachten, besteht aus 2 Quark-Typen, dem „up“-Quark und dem „down“-Quark, und einer Lepton-Variante, dem Elektron. Diese drei Teilchen reichen aus, um alle Atome des Periodensystems und die Moleküle, die sie bilden, wenn sie miteinander verbunden sind, zu bilden. Die restlichen 1 Quarks und 4 Leptonen sind massivere Versionen, die sich ansonsten genauso verhalten wie ihre weniger massiven Cousins. Sie können in Hochenergiephysik-Experimenten für Sekundenbruchteile erzeugt werden. Jedes Lepton hat ein ihm entsprechendes Neutrino (energietragendes Teilchen von extrem geringer Masse und hoher Geschwindigkeit). Alle diese Teilchen haben auch Antimaterie-Versionen, die sich ähnlich verhalten, aber bei Kontakt mit Nicht-Antimaterie vernichten und die Masse beider Teilchen in reine Energie umwandeln.
Bosonen gibt es in 4 Varianten, die die drei zuvor erwähnten Grundkräfte vermitteln. Das bekannteste Boson ist das Photon, das Elektromagnetismus vermittelt. Dies ist verantwortlich für alle Phänomene rund um Elektrizität, Magnetismus und Licht. Andere Bosonen sind die W- und Z-Bosonen, die die schwache Kernkraft vermitteln; und Gluonen, die die starke Kernkraft vermitteln, die Quarks zu größeren Teilchen wie Neutronen und Protonen zusammenbindet. Auf diese Weise erklärt oder vereint das Standardmodell 3 der 4 Grundkräfte der Natur; die herausragende Kraft ist die Schwerkraft.
Das Higgs-Boson ist ein Boson, dessen Existenz vom Standardmodell vorhergesagt, aber noch nicht beobachtet wurde. Es wäre für den Mechanismus verantwortlich, durch den alle Teilchen Masse annehmen. Ein weiteres hypothetisches Boson ist das Graviton, das Gravitationswechselwirkungen vermitteln würde.
Die Schwerkraft ist im Standardmodell nicht enthalten, da uns eine theoretische Beschreibung oder experimentelle Hinweise auf die Bosonen fehlen, die Gravitationswechselwirkungen vermitteln. Die moderne Stringtheorie hat jedoch faszinierende Möglichkeiten für die weitere Erforschung möglicher Wege eröffnet, das hypothetische Graviton aufzudecken. Wenn es eines Tages erfolgreich ist, könnte es das Standardmodell ersetzen, indem es alle 4 fundamentalen Kräfte vereint und so zur schwer fassbaren „Theory of Everything“ wird.