Fizyka cząstek elementarnych, fizyka wielkich energii – dział fizyki, którego celem jest badanie cząstek atomowych oraz oddziaływań zachodzących między nimi.
Fizycy zaobserwowali kilkaset cząstek elementarnych (subatomowych). Dzielą się one na kilka grup, w zależności od:
foton | (bozon)  | |
| Leptony | (fermiony) e-, μ-, τ-, νe, νμ, ντ | |
| Hadrony | Mezony | (bozon) p, K, ω, ρ | |
| Bariony | (fermion) p, n, (Nukleony) Λ, Σ, Ξ (Hiperony) | |
Cząstki elementarne dzielą się na cząstki "prawdziwie" elementarne, uważane za niepodzielne i dlatego uznawane za podstawowe składniki materii, oraz hadrony (bariony np.: proton i neutron) i mezony, które są cząstkami złożonymi, zbudowanymi z 2 (dokładnie z kwarku i antykwarku) lub 3 kwarków. Jedynymi trwałymi cząstkami są protony i neutrony (neutron jest trwały w jądrze atomowym, poza nim rozpada się z okresem półrozpadu ok. 13 min).
Cząstki elementarne nie oddziałujące silnie a jedynie słabo lub elektromagnetyczne i będące fermionami nazywamy leptonami (np. elektron, mion, taon, neutrina).
Cząstkami elementarnymi są również bozony pośredniczące w oddziaływaniach (fotony (elektrodynamika kwantowa), bozony W, bozony Z (oddziaływania słabe) czy gluony (oddziaływanie silne).
Pojęcie "cząstki elementarne" jest uwarunkowane historycznie, zostało wprowadzone na początku XX wieku jako określenie podstawowych cząstek które nie są już podzielne, oznaczało wówczas: proton, neutron, elektron i foton. Obecnie za niepodzielne (bez struktury wewnętrznej) uważa się kwarki, leptony i bozony przenoszące oddziaływania.
| Typ fermionu | Nazwa | Symbol | Ładunek elektryczny | Izospin | ładunek silny (kolor) | Masa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lepton | Elektron | e- | -1 | -1/2 | 0 | 0,511 MeV/c² |
| Mion | μ- | -1 | -1/2 | 0 | 105,6 MeV/c² | |
| Taon | τ- | -1 | -1/2 | 0 | 1,784 GeV/c² | |
| Neutrino elektronowe | νe | 0 | +1/2 | 0 | < 50 eV/c² | |
| Neutrino mionowe | νμ | 0 | +1/2 | 0 | < 0,5 MeV/c² | |
| Neutrino taonowe | ντ | 0 | +1/2 | 0 | < 70 MeV/c² | |
| Kwark | górny | u | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~5 MeV/c² |
| powabny | c | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~1.5 GeV/c² | |
| prawdziwy | t | +2/3 | +1/2 | R/G/B | >30 GeV/c² | |
| dolny | d | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~10 MeV/c² | |
| dziwny | s | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~100 MeV/c² | |
| piękny | b | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~4,7 GeV/c² |
Choć później znaleziono wiele innych cząstek i stwierdzono, że wiele z nich składa się ze znacznie prostszych, pozostawiono użycie tego określenia do wszystkich subatomowych cząstek.
| Bozon pośredniczący | Masa·c² | Spin | Ładunek | |
|---|---|---|---|---|
| foton | 0 | 1 | 0 | oddziaływanie elektromagnetyczne |
| Z0 | ~ 91 GeV | 1 | 0 | oddziaływanie słabe |
| W+ | ~ 80 GeV | 1 | 1 | |
| W− | ~ 80 GeV | 1 | -1 | |
| Gluon | 0 | 1 | 0 | oddziaływanie silne |
| (Grawiton) | 0 | 2 | 0 | grawitacja |
