Die uns umgebende Materie besteht aus Atomen, die¬se wiederum aus den fundamentalen Elektronen und den zusammengesetzten Kernen, die aus den Nukleonen ‚Proton’ und ‚Neutron’ aufgebaut sind. Jedes Nukleon ist wiederum ein Bindungszustand aus drei Quarks. Das Proton besteht aus zwei up-Quarks und einem down-Quark, das Neutron aus einem up-Quark und zwei down-Quarks. In Beschleunigerexperimenten und in der kosmischen Strahlung wurden jeweils noch zwei schwerere Partner für up-Quark, down-Quark und Elektron entdeckt. Zusätzlich gibt es für jedes der drei Leptonen, das Elektron und seine beiden Verwandten, noch jeweils ein Neutrino.

Elektronen kreisen um den Atomkern © MMCD

Alle diese zwölf fundamentalen Teilchen haben einen halbzahligen Eigendrehimpuls und gehören damit zur Gruppe der Fermionen. Ihre Anzahl ist für die Entwicklung des frühen Universums bedeutsam. Die Fermionen lassen sich in drei Familien gemäss aufsteigender Masse, bestehend aus jeweils zwei Quarks und zwei Leptonen einteilen. Insgesamt stehen sechs Quarks up (u), down (d); charm (c), strange (s); top (t), bottom (b) sechs fundamentalen Leptonen (Elektronen (ε), Myonen (μ) und Tauonen (τ) mit ihren jeweiligen Neutrinos (νε, νμ, ντ )) gegenüber.

Kräfte - der Physiker spricht hier von Wechselwirkung - zwischen den elementaren Fermionen werden durch den Austausch von Vektorbosonen beschrieben. Diese tragen Eigendrehimpuls eins. Die elektromagnetische Wechselwirkung wird durch das Photon (γ), die starke ‚Farb’-Wechselwirkung durch Gluonen (g) und die schwache Wechselwirkung durch Weakonen (W+ und W-) und durch das neutrale Vektorboson Z vermittelt. An einer bestimmten Wechselwirkung nehmen nur die Fermionen teil, die die entsprechende Ladung aufweisen. Quarks besitzen Farb-, elekromagnetische und schwache Ladung, geladene Leptonen (ε, μ, τ) elekromagnetische und schwache Ladung und die Neutrinos nur schwache Ladung.

Die Masse der fundamentalen Materieteilchen als auch einiger Austauschteilchen (W+, W-, Z) wird durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld verliehen. Der notwenige Begleiter dieses Higgs-Mechanismus ist das Higgs-Boson, welches als einziges elementares Teilchen Eigendrehimpuls null besitzt.