Fundamentálna častica

Fundamentálna častica alebo elementárna častica v užšom zmysle je vo fyzike elementárnych častíc taká subatómová častica, ktorú už nie je možné ďalej deliť. Z fundamentálnych častíc sa skladajú všetky ostatné častice v celej prírode (vesmíre). Sú to teda najmenšie možné elementárne častice.
Ak základná častica naozaj nemá žiadnu vnútornú štruktúru, tak sa považuje za základný stavebný prvok vesmíru, z ktorého sa skladajú ostatné častice. Elementárne častice Štandardného modelu sa skladajú zo základných fermiónov (kvarky, leptóny a ich antičastice) a zo základných bozónov (výmenné častice a Higgsov bozón). 
V minulosti sa hadróny (mezóny a baryóny ako protóny a neutróny) a dokonca aj celé atómy považovali za ďalej nedeliteľné častice (slovo atóm znamená nedeliteľný). Podstatou teórie základných častíc je myšlienka zo začiatku 20. storočia, a to teória o kvantách, ktorá radikálne zmenila naše chápanie elektromagnetického žiarenia a na jej základe vznikla kvantová mechanika. Pre potreby matematiky sa elementárne častice považujú za bodové častice, aj keď niektoré časticové teórie ako napr. teória strún predpokladajú, že majú fyzikálne rozmery.

Bežné elementárne častice

Niekoľko odhadov tvrdí, že prakticky všetku hmotu, z pohľadu hmotnosti vo viditeľnom vesmíre, (okrem tmavej hmoty) tvoria protóny v atómoch vodíka. Ďalej tvrdí, že vo viditeľnom vesmíre existuje zhruba  10⁸⁰   protónov (Eddingtonovo číslo) a zhruba 10⁸⁰  atómov.  Každý protón sa skladá z 3 základných častíc: dvoch horných kvarkov a jedného dolného kvarku. Neutróny a ostatné častice ťažšie ako protón, ako napr. hélium  a iné, sú také zriedkavé, že ich spoločná hmotnosť je omnoho menšia v porovnaní s hmotnosťou protónov v atómoch vodíka. Ľahšie častice, ako rovnako početné elektróny a mnohokrát viac zastúpené neutrína, sú o toľko ľahšie ako protóny, že ich celková hmotnosť vo viditeľnom vesmíre je v porovnaní s hmotnosťou protónov nepredstaviteľne menšia
Iné odhady tvrdia, že prakticky všetka hmota vo viditeľnom vesmíre (okrem tmavej hmoty), keď berieme do úvahy počet častíc, existuje vo forme neutrín. Odhaduje sa, že vo viditeľnom vesmíre existuje približne 10⁸⁶  elementárnych častíc, z veľkej väčšiny neutrín.  Ďalšie odhady predpokladajú až   10⁹⁷   elementárnych častíc, prevažne fotónov, gravitónov a ďalších nehmotných častíc prenášajúcich sily.

Elektroslabé bozóny

Existujú tri bozóny sprostredkujúce slabú interakciu :  W⁺, W⁻  a  Z⁰   
Fotón s nulovou hmotnosťou sprostredkuje elektromagnetickú silu.

Teórie mimo štandardného modelu

Aj keď experimentálne dôkazy potvrdzujú predpoklady Štandardného modelu, tak mnoho fyzikov tento model považuje za nedostatočný, pretože obsahuje množstvo neurčitých parametrov, množstvo základných častíc, nepozorovaný Higgsov bozón a iné viac teoretické úvahy ako hierarchický problém. Existuje viacero špekulatívnych teórií mimo štandardného modelu, ktoré sa pokúšajú odstrániť tieto nedostatky.

Veľké zjednotenie

Je rozšírením štandardného modelu, ktoré sa pokúša o zjednotenie elektroslabej a silnej sily do jednej veľkej zjednotenej teórie (GUT). Takáto sila by sa spontánne rozpadala na tri sily spôsobom podobným Higgsovmu mechanizmu. Dôležitým predpokladom veľkého zjednotenia je predpovedaná existencia X a Y bozónov, spôsobujúcich rozpad protónov. A pretože počas Super-Kamiokande experimentu takýto protónový rozpad nebol pozorovaný, tak tento predpoklad vylučuje najjednoduchšie GUT, vrátane SU(5) a SO(10).

Supersymetria

Supersymetria rozširuje štandardný model pridaním ďalšej triedy symetrií k Langrangeanovej funkcii. Tieto symetrie zamieňajú fermiónové  častice za bozónové. Táto symetria predpokladá existenciu supersymetrických častíc, tzv. sparticles, ktoré zahŕňajú sleptóny, skvarky, neutralína, čardžína. Všetky častice štandardného modelu by mali mať tzv. superpartnera – t. j. časticu, ktorej spin by sa od pôvodnej líšil o ½. Vďaka rozpadu supersymetrie sú sčastice omnoho ťažšie ako ich bežný príbuzní. Sú dokonca tak ťažké, že súčasné urýchľovače častíc nie sú dostatočne výkonné na to, aby sme ich zaznamenali. Napriek tomu niektorí fyzici veria, že sčastice spozorujú vo Veľkom hadrónov urýchľovači v CERNe.

Teória strún

Teória strún predstavuje fyzikálny model, v ktorom sa všetky častice tvoriace hmotu skladajú zo strún (veľkosti cca Planckovej dĺžky), ktoré existujú v 11 rozmernom priestore (podľa M teórie). Tieto struny vibrujú rôznymi frekvenciami, čo určuje hmotnosť, elektrický náboj, farebný náboj a spin. Struny môžu byť otvorené (ako úsečka) alebo uzavreté v slučke (1 rozmerná guľa – kruh). Teória strún predpokladá 1- až 10-membrány (kde 1-membrána predstavuje strunu  a 10-membrána je 10 rozmerný objekt), ktoré zabraňujú vzniku trhlín v priestore pomocou princípu neurčitosti.
Teória strún predpokladá, že náš vesmír je len 4 rozmernou membránou, v rámci ktorej existujú 3 priestorové dimenzie a 1 časová. Ostatných 6 rozmerov je buď veľmi malých (primalých na to, aby mali hocijaký vplyv v našom vesmíre) alebo prosto v našom vesmíre nemôžu existovať/neexistujú (pretože existujú vo vyššom rozmere – mnohovesmír mimo nášho známeho vesmíru).

Technicolor

Technicolor teórie sa pokúšajú upraviť štandardný model len minimálne a to pridaním novej interakcie (sily) podobnej QCD. To znamená pridanie novej teórie tzv. Technikvarkov interagujúcich prostredníctvom Technigluónov. Hlavnou myšlienkou teórie je, že Higgsov bozón nie je elementárna častica, ale viazaný stav týchto objektov.