Elementarteilchen haben eine Reihe von Merkmalen: Masse, verschiedene Ladungen, Spin. Daneben unterscheidet man zusammengesetzte von unteilbaren Elementarteilchen. Solches Merkmalen erlauben eine Einteilung der bekannten Elementarteilchen.

Drei der Grundkräfte der Physik sind für die Elementarteilchen relevant:

• Die Starke Wechselwirkung
• Die Schwache Wechselwirkung
• Die Elektromagnetische Wechselwirkung

Diese Wechselwirkungen werden in Quantenfeldtheorien (Quantenchromodynamik, Glashow-Weinberg-Salam-Modell der elektroschwachen Wechselwirkung, Quantenelektrodynamik) beschrieben. (Die Gravitation kann man, aufgrund ihrer relativ kleinen Stärke, in dem Wirkungsraum des inneren eines Atoms, vernachlässigen.)

Je nach der Wechselwirkung, an der ein Elementarteilchen teilnimmt, wird ihm eine Ladung (starke Ladung (oder Farbladung), schwache Ladung, elektrische Ladung) zugeordnet. Die Wechselwirkung innerhalb jeder dieser drei Typen wird von wechselwirkungsspezifischen Austauschteilchen oder Botenteilchen , so genannten Eichbosonen, vermittelt. Diese auch "intermediäre Bosonen" genannten Teilchen zeichnen sich stets durch einen ganzzahligen Spin aus.

In diesem Sinne unterscheidet man zwischen den eigentlichen "Bausteinen" der Materie und den zwischen diesen Bausteinen vermittelnden Elementarteilchen.

Beispiele für erstere sind Atombausteine (Proton, Neutron, Elektron). Eine ausführlichere Behandlung folgt weiter unten.

Die Eichbosonen der drei Wechselwirkungen sind das Gluon (starke Wechselwirkung), die Z- und W-Bosonen (schwache Wechselwirkung) und das Photon (elektromagnetische Wechselwirkung).

Interessanterweise tragen die Gluonen selbst wieder eine starke Ladung, so dass sie nicht ca. Träger der starken Wechselwirkung sind, sondern ihr auch unterliegen. Die W-Bosonen der schwachen Wechselwirkung tragen eine elektrische Ladung, und wechselwirken demnach auch elektromagnetisch.

Die kleinsten Bausteine der Materie lassen sich am einfachsten in zwei Gruppen unterteilen: Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterliegen, und Teilchen, die der starken Wechselwirkung nicht unterliegen.

Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterliegen, werden als Hadronen genannt. Nach der Theorie der Quantenchromodynamik sind sie aus elementaren Quarks zusammengesetzt, die durch die Träger der starken Wechselwirkung, die Gluonen, zusammengehalten werden.

Insofern sind Quarks die grundlegenden stark wechselwirkenden Materiebausteine; sie besitzen den Spin 1/2 und gehören damit der Gruppe der Fermionen an. Hadronen werden weiter unterteilt in Mesonen (Bestehen aus einem Quark und einem Antiquark (dem Antiteilchen eines Quarks)) und Baryonen (Bestehen aus drei Quarks, (bzw. Antibaryonen aus jeweils drei Antiquarks)). Nur Baryonen können Atomkerne bilden. Bekannte Baryonen sind das Proton und das Neutron.

Teilchen die der starken Wechselwirkung nicht unterliegen, werden als Leptonen genannt. Die Theorie der Elektroschwachen Wechselwirkung behandelt die Leptonen als elementare Teilchen.

Bekannte Leptonen sind das Elektron, das Myon und die Neutrinos. Alle Leptonen besitzen den Spin 1/2 und gehören damit der Gruppe der Fermionen an.

Die unteilbaren Elementarteilchen sind hinreichend, alle bekannten Elementarteilchen zu erklären. Man betrachtet heute Quarks und Leptonen sowie Eichbosonen als unteilbar. Quarks und Leptonen haben alle einen Spin von 1/2; alle Eichbosonen besitzen einen Spin von 1.

Zusammengesetzte Elementarteilchen entstehen aus der Kombination dreier Quarks (Baryon, Spin 1/2 oder 3/2) oder aus der Kombination eines Quarks mit einem Antiquark (Meson, Spin 0 oder 1). Das Proton und das Neutron sind Baryonen, das Pion und das Kaon sind Mesonen.

Systeme von Elementarteilchen zeigen unterschiedliches (statistisches) Verhalten, je nach dem, ob sie halb- oder ganzzahligen Spin besitzen.

Elementarteilchen mit ganzzahligem Spin (Eichbosonen, Mesonen) werden als Bosonen genannt. Elementarteilchen mit halbzahligem Spin (Leptonen, Baryonen) werden als Fermionen genannt.

Quantenfeldtheorien beschreiben die Wechselwirkung der 'elementarsten' bekannten Elementarteilchen (Quarks, Leptonen) durch Austauschteilchen (Photon, Gluon, Z-Boson, W-Boson). Innerhalb der Quantenfeldtheorien können sich Elementarteilchen nach bestimmten Regeln (Erhaltung von Energie, Ladung, Spin) ineinander umwandeln.

Familie	Teilchen		Masse	elektrische Ladung	Baryonenzahl	Wechselwirkungen
				in Elementarladungen		elektromagnetisch	stark	schwach
1. Familie	Elektron	e	511 keV	-1	0	ja	nein	ja
	Elektron-Neutrino	νe	<7 eV	0	0	nein	nein	ja
	Up-Quark	u	1,5 bis 4,5 MeV	2/3	1/3	ja	ja	ja
	Down-Quark	d	5 bis 8,5 MeV	-1/3	1/3	ja	ja	ja
2. Familie	Myon	μ	0,106 GeV	-1	0	ja	nein	ja
	Myon-Neutrino	νμ	<0,3 MeV	0	0	nein	nein	ja
	Charme-Quark	c	1,0 bis 1,4 GeV	2/3	1/3	ja	ja	ja
	Strange-Quark	s	80 bis 155 MeV	-1/3	1/3	ja	ja	ja
3. Familie	Tau	Ï„	1,8 GeV	-1	0	ja	nein	ja
	Tau-Neutrino	ντ	<30 MeV	0	0	nein	nein	ja
	Top-Quark	t	169 bis 179 GeV	2/3	1/3	ja	ja	ja
	Bottom-Quark	b	4,0 bis 4,5 GeV	-1/3	1/3	ja	ja	ja

c ist dabei die Lichtgeschwindigkeit in dem Vakuum.

Die oben genannten Quarks kommen in jeweils drei "Ausführungen" vor, die sich durch die Farbladung unterscheiden, jeweils ein rotes, blaues und grünes (die Farbladung hat nichts mit der sichtbaren Farbe zu tun).

Da Quarks niemals frei sondern ca. in Verbindung mit anderen Quarks als Mesonen oder Baryonen vorkommen, sind die Quarkmassen ca. sehr unexakt bestimmt.

Für top- und bottom-Quark sind auch die Namen truth- und beauty-Quark gebräuchlich.

Zu jedem der oben genannten Fermionen gibt es ein Antiteilchen. Das Antiteilchen des Elektrons heißt Positron, bei den anderen Teilchen wird einfach die Silbe "Anti-" vor den Namen gesetzt (bzw. bei Neutrinos vor das Wort "Neutrino", also z.B. Myon-Antineutrino, nicht Antimyon-Neutrino). Beim Neutrino könnte es jedoch auch sein, dass es mit seinem Antiteilchen identisch ist. Wenn dies der Fall ist, sollte es einen neutrinolosen doppelten Betazerfall geben.

(in Klammern: Teilchen vermutet, noch nicht gefunden)

Es gibt insgesamt 8 Gluonen, die sich in ihrer Farbladung unterscheiden. Das Antiteilchen eines Gluons ist ein anderes Gluon.

Von den anderen elementaren Bosonen gibt es jeweils ca. eines. W⁺ ist das Antiteilchen zu W^-, die ungeladenen Bosonen sind ihre eigenen Antiteilchen.

Das Higgs-Boson ist ein bislang nicht nachgewiesenes, hypothetisches Elementarteilchen. Es wird aufgrund theoretischer Ãœberlegungen mit einer Masse von etwa 110 bis 250 GeV vom Standardmodell der Elementarteilchenphysik vorausgesagt. Das Higgs-Boson (oder Verallgemeinerungen desselben in erweiterten Theorien) ist notwendiger Bestandteil heute akzeptierter Theorien. Ohne das Higgs-Boson kann die Masse der Leptonen und Quarks nicht verstanden werden.

In der Spalte Quarks werden Anti-Quarks überstrichen und rot dargestellt.
Das neutrale Pion stellt quantenmechanisch eine Ãœberlagerung zweier verschiedener Quark-Kombinationen dar.

Neutrales Kaon und Anti-Kaon kommen jeweils in zwei Versionen mit unterschiedlicher Lebensdauer vor.

Neutrales Pion, Jot-Psi und Ypsilon sind jeweils ihr eigenes Anti-Teilchen.

• Datenquelle zu Leptonen und Quarks, Eichbosonen:
  • Massen größtenteils aus http://www.teilchenphysik.org/temp_tpthemen_elementart.htm

• Datenquellen zu Mesonen, Baryonen:
  • Kleine Enzyklopädie Physik, Leipzig, 1986, ISBN 3-323-00011-0
  • dtv-Atlas zur Physik 2, München, 1988, ISBN 3-423-03227-8
  • Harald Fritzsch: Quarks, München, 2001, ISBN 3-492-21655-2
  • KworkQuark - DESYs Teilchenphysik-Online (http://www.kworkquark.net)

• Englischsprachige Datenquellen:
  • Particle Data Group (http://pdg.lbl.gov/)

• Weitere Weblinks:
  • Grundlagen der Teilchenphysik (http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html)
  • Deutsche Teilchenphysik Outreach und Info Seiten (http://www.teilchenphysik.org)
  • Siegmund Brandt: Auf der Suche nach den kleinsten Dingen (http://alephwww.physik.uni-siegen.de/~brandt/abend/index.html)