El modelo estándar, desarrollado a partir de los postulados de la mecánica cuántica de campos, que como se ha mencionado anteriormente combina la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad, es el modelo vigente que explica la composición fundamental de la materia.
Según el modelo estándar, existen 2 tipos de partículas atendiendo a una característica conocida como spin, que permite clasificarlas en fermiones (con spin semientero, y sujetas al principio de exclusión de Pauli [1]) y bosones (con spin entero). Así, hay 12 fermiones que son las partículas materiales elementales a partir de las cuales se forma toda la materia existente, además de sus respectivas antipartículas. Estas partículas se pueden a su vez dividir en dos grupos: quarks y leptones, cuya principal diferencia es que los quarks siempre aparecerán agrupados y los leptones de forma individual. Además, se clasifican en tres familias o generaciones cuya principal diferencia es la masa o energía de cada una de ellas, y están formadas por dos quarks, un electrón y su correspondiente neutrino. (Figura 2)
De las 12 partículas, sólo aquellas que componen la primera familia son estables y por lo tanto son las que componen toda la materia. A pesar de que se desconocen las masas exactas de los neutrinos, se sabe que todas las partículas elementales poseen masa, mientras que solo 9 de ellas tienen carga. Los neutrinos tienen carga nula (véase la Figura 2).
Los quarks se agrupan formando hadrones, partículas sensibles a la fuerza nuclear fuerte (una de las 4 fuerzas fundamentales del universo, ver [1]). La agrupación de 3 quarks se conoce como bariones. Es el caso de los neutrones, formados por un quark up y dos quarks down, y los protones, formados por dos quarks up y un quark down. Los quarks también se pueden agrupar en parejas con sus respectivas antipartículas (antiquarks), formando mesones.
A parte de los quarks y leptones, el modelo estándar incluye partículas mediadoras de las fuerzas llamadas bosones, reciben este nombre ya que siguen la estadística de Bose-Einstein al tener spin entero.
Figura 2: partículas del modelo estándar, agrupadas por tipo (indicado en la figura). En la imagen, el grupo “Forces” hace referencia a los bosones mediadores de las 4 fuerzas fundamentales [1]. Quarks y leptones agrupados por familias (columnas). Imagen extraída de [10].
Los bosones son: el fotón, el gluón, los bosones W y Z, a cada uno de estos bosones corresponde una fuerza fundamental [1]. El bosón de la interacción electromagnética es el fotón, el de la fuerza nuclear fuerte es el gluón y los de la fuerza débil son los bosones W y Z. Por último, está el bosón de Higgs que es el responsable de dotar de masa a todas la partículas fundamentales, del que se hablará en el siguiente punto con más detalle.