Le modèle standard de la physique des particules est la meilleure approximation de la physique à une théorie complète de la réalité. Il décrit des dizaines de particules et les interactions entre elles, qui se répartissent en trois catégories ; la force nucléaire forte, la force nucléaire faible et l’électromagnétisme. Les particules se répartissent en deux classes : les bosons ou les ferimons.
Les fermions comprennent le proton et le neutron familiers (tous deux composés de quarks, de neutrinos et de gluons) et l’électron, qui est fondamental.
Les bosons assurent la médiation des interactions entre les fermions.
La principale différence entre les bosons et les fermions est que les bosons peuvent partager le même état quantique, contrairement aux fermions. Le modèle standard est couramment utilisé pour prédire les résultats des interactions entre les particules à de nombreux chiffres significatifs de précision. Ce n’est pas tout à fait complet, mais c’est la meilleure théorie depuis sa création entre 1970 et 1973.
Les fermions se composent de 6 variétés de quarks et de 6 variétés de leptons. Presque toute la matière que nous observons autour de nous se compose de 2 types de quarks, le quark « up » et le quark « down », et d’une variété de leptons, l’électron. Ces trois particules sont suffisantes pour constituer tous les atomes du tableau périodique et les molécules qu’elles créent lorsqu’elles sont liées les unes aux autres. Les 1 quarks et 4 leptons restants sont des versions plus massives qui se comportent autrement de la même manière que leurs cousins moins massifs. Ils peuvent être créés dans des expériences de physique des hautes énergies pendant des périodes d’une fraction de seconde. Chaque lepton a un neutrino (particule porteuse d’énergie de masse extrêmement faible et de vitesse élevée) qui lui correspond. Toutes ces particules ont également des versions antimatière, qui se comportent de la même manière, mais s’annihilent au contact de la non-antimatière, convertissant la masse des deux particules en énergie pure.
Les bosons se déclinent en 4 variétés, qui médiatisent les trois forces fondamentales mentionnées précédemment. Le boson le plus connu est le photon, médiateur de l’électromagnétisme. Celui-ci est responsable de tous les phénomènes entourant l’électricité, le magnétisme et la lumière. D’autres bosons incluent les bosons W et Z, qui médient la force nucléaire faible ; et les gluons, qui médient la force nucléaire forte qui lie les quarks ensemble en particules plus grosses telles que les neutrons et les protons. De cette façon, le modèle standard explique ou unit 3 des 4 forces fondamentales de la nature ; la force exceptionnelle étant la gravité.
Le boson de Higgs est un boson dont l’existence est prédite par le modèle standard mais n’a pas encore été observée. Il serait responsable du mécanisme par lequel toutes les particules acquièrent de la masse. Un autre boson hypothétique est le graviton, qui servirait de médiateur aux interactions gravitationnelles.
La gravité n’est pas incluse dans le modèle standard car nous manquons de description théorique ou d’indices expérimentaux des bosons qui interviennent dans les interactions gravitationnelles. Cependant, la théorie des cordes moderne a introduit des possibilités intrigantes pour une exploration plus approfondie des moyens possibles d’exposer le graviton hypothétique. S’il réussit un jour, il pourrait remplacer le modèle standard en unissant les 4 forces fondamentales, devenant ainsi l’insaisissable théorie du tout.