Hay dos categorías principales de partículas subatómicas: fermiones y bosones. Los fermiones son las partículas que consideramos «cosas»: leptones como el electrón, el neutrino y sus primos, y quarks como el quark up y otros de su considerable familia. Los bosones indicadores son las partículas que median las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: las fuerzas nucleares débil y fuerte, el electromagnetismo y la gravedad. Estos incluyen el fotón familiar y sus primos que se ven con mucha menos frecuencia, los bosones W y Z, los gluones y (los físicos esperan) el gravitón, la partícula muy buscada que se cree que media las interacciones gravitacionales.
Es importante comprender la diferencia entre partículas subatómicas y partículas fundamentales. Fundamental significa que la partícula no tiene componentes más pequeños; es fundamental. No todas las partículas subatómicas son fundamentales, aunque todas las partículas fundamentales conocidas son subatómicas, es decir, más pequeñas que los átomos. Por ejemplo, los protones y neutrones, partículas subatómicas que forman el átomo, son partículas compuestas en lugar de fundamentales, y están constituidas por quarks y gluones aún más pequeños. Las partículas exóticas como el neutrino tau o los muones son subatómicas porque son más pequeñas que los átomos, pero es valioso recordar que no son parte de los átomos que forman las estructuras visibles en nuestro universo.
Las partículas subatómicas son tan numerosas y variadas que los físicos han utilizado el término «zoológico de partículas» para describirlas. En el dominio de los leptones, hay 3 tipos de electrones: electrones, muones y tau; 3 tipos de neutrinos y sus antipartículas, que forman 12 leptones. Hay cuatro bosones gauge conocidos: el fotón, los bosones W y Z y el gluón. Dos bosones adicionales, que casi con certeza existen, pero que aún no se han observado, incluyen el bosón de Higgs y el gravitón. Esto eleva el total de partículas fundamentales a 18. Agregue los quarks top, down, bottom, up, extraños y encantadores, y sus antiquarks, y tendrá 30 partículas subatómicas fundamentales.
Sin embargo, eso no es todo. Puede recordar que un protón o un neutrón está formado por tres quarks. Estos incluyen dos quarks ascendentes y descendentes, y uno de los quarks restantes, pegados con gluones en el núcleo del átomo. Sin embargo, esta no es la única configuración de quark posible, solo la más estable. Si de alguna manera pudiera recoger partículas fundamentales a voluntad y unirlas en configuraciones arbitrarias, podría crear miles de nuevas partículas subatómicas.
En realidad, se han observado cientos de estas partículas subatómicas en experimentos con aceleradores de partículas. Incluyen mesones, que tienen solo dos quarks, y hadrones, que tienen tres protones y neutrones similares. También están las llamadas bolas de pegamento o gluonio, partículas subatómicas compuestas únicamente por gluones, y el sospechoso tetraquark, una especie de partícula subatómica que estaría compuesta por cuatro quarks. ¿Existen los pentaquarks y más allá? Tal vez sea así, pero encontrarlos requeriría un aparato experimental muy superior a nuestro mejor actual.