Partikel subatom
Partikel subatom atau zarah dalam ilmu fisika adalah partikel yang jauh lebih kecil dari atom. Ada dua jenis partikel subatom, yaitu partikel dasar, yang berdasarkan teori saat ini, adalah partikel yang tidak terdiri atas partikel lain dan partikel "komposit". Fisika partikel dan fisika nuklir mempelajari partikel-partikel ini dan cara mereka berinteraksi.
Dalam fisika partikel, konsep dari sebuah partikel adalah salah satu dari beberapa konsep yang diturunkan dari fisika klasik. Tapi, konsep itu juga mencerminkan pemahaman modern bahwa pada skala kuantum, materi dan energi berperilaku sangat berbeda dari yang dipikirkan.
Pemikiran mengenai partikel kembali menjadi hal yang serius ketika percobaan menunjukkan bahwa cahaya dapat berperilaku seperti aliran partikel (yang disebut foton) dan memperlihatkan besaran seperti gelombang. Ini mengarah pada konsep baru dualitas gelombang–partikel untuk merefleksikan bahwa "partikel-partikel" skala kuantum berperilaku baik partikel maupun gelombang (juga dikenal sebagai gelora). Konsep baru lain, yaitu prinsip ketidakpastian, menyatakan bahwa tidak dapat diukur secara tepat beberapa besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan momentum partikel. Yang lebih baru lagi, dualitas gelombang–partikel telah terbukti berlaku tidak hanya untuk foton, tetapi juga untuk partikel yang semakin besar.
Interaksi partikel dalam kerangka dipahami sebagai penciptaan dan penghancuran "kuantum" dari interaksi dasar yang berkaitan. Ini memadukan fisika partikel dengan teori medan kuantum.
Setiap partikel subatom, seperti setiap partikel dalam ruang 3 dimensi yang memenuhi hukum mekanika kuantum, dapat berupa sebuah boson (sebuah spin integer) atau fermion (spin setengah integer).
Partikel dasar Model Standar meliputi:
Berbagai perluasan Model Standar memprediksi keberadaan sebuah partikel dasar dan banyak partikel dasar lainnya.
Partikel subatom komposit (seperti proton atau nukleus atom) adalah dua atau lebih partikel dasar dalam keadaan terikat. Sebagai contoh, sebuah proton terdiri atas dua kuark atas dan satu kuark bawah, sementara nukleus atom helium-4 terdiri atas dua proton dan dua neutron. Neutron terdiri atas dua kuark bawah dan satu kuark atas. Partikel komposit mencakup semua hadron, termasuk barion (seperti proton dan neutron) dan meson (seperti pion dan kaon).
Dalam relativitas khusus, energi dari sebuah partikel pada keadaan diam sama dengan massanya dikali kuadrat kecepatan cahaya. Artinya, massa dapat diekspresikan dalam istilah energi dan sebaliknya. Jika sebuah partikel memiliki kerangka acuan tempat partikel itu berada pada keadaan diam, maka partikel itu memiliki massa diam positif dan disebut sebagai "masif".
Semua partikel komposit masif. Barion (yang berarti "berat") cenderung memiliki massa yang lebih besar daripada meson (yang berarti "menengah"), yang pada gilirannya cenderung lebih berat daripada lepton (yang berarti "ringan"), tetapi lepton terberat (partikel tau) lebih berat daripada dua cita rasa barion paling ringan (nukleon). Diyakini juga bahwa setiap partikel dengan muatan listrik bersifat masif.
Semua partikel tak bermassa (partikel massa diamnya nol) adalah partikel dasar, termasuk foton dan gluon, meskipun yang terakhir tidak dapat terisolasi.