As partículas elementares são os constituintes elementares da matéria, mais precisamente são partículas que não estão constituídas por partículas mais pequenas nem se conhece que tenham estrutura interna.[1]
Originalmente o termo partícula elementar usou-se pára toda a partícula subatómica como os protones e neutrones, os elétrons e outros tipos de partículas exóticas que só podem encontrar nos raios cósmicos ou nos grandes aceleradores de partículas, como os piones ou os muones. No entanto, a partir dos anos 1970 ficou claro que os protones e neutrones são partículas compostas de outras partículas mais simples. Actualmente o nome partícula elementar usa-se para as partículas, que até onde se sabe, não estão formadas por partículas mais simples em interacção.[2]
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Os neutrones, protones e outras partículas compostas como os hadrones e os mesones estão formados por constituintes mais simples chamados quarks e antiquarks e "nuvens" de gluones que os mantêm unidos.
A lista de partículas subatómicas que actualmente se conhecem consta de centenas destas partículas, situação que surpreendeu aos físicos, até que foram capazes de compreender que muitas dessas partículas realmente não eram elementares senão compostas de elementos mais simples chamados quarks e leptones que interaccionan entre eles mediante o intercâmbio de bosones .
O termo partícula elementar segue-se usando para qualquer partícula que esteja por embaixo do nível atómico. Por exemplo, é usual falar de protones e neutrones como partículas elementares ainda que hoje sabemos que não são "elementares" em sentido estrito dado que têm estrutura já que o modelo regular analisa a estas partículas em termos de constituintes ainda mais elementares chamados quarks que não podem se encontrar livres na natureza.
Outras partículas subatómicas como os leptones e entre eles os neutrinos são partículas, das que se crê são realmente elementares. Os neutrinos, entidades que começaram sua existência como artificios matemáticos, já têm sido detectados e fazem parte de todas as teorias físicas da composição da matéria, da cosmología, astrofísica e outras disciplinas.
Actualmente acha-se que os leptones, os quarks e os bosones gauge são todos os constituintes mais pequenos da matéria e por tanto seriam partículas propriamente elementares. Existe um problema interessante quanto a estas partículas propriamente elementares, já que parecem os leptones, por exemplo, agrupar-se em séries homofuncionales, sendo a cada geração similar à anterior mas formada por partículas mais em massa:
Ainda que não se têm demasiadas ideias de por que existem estas três gerações, em teoria de sensatas o número de gerações existentes tem que ver com a topologia da variedade de Calabi-Yau que aparece em sua formulación. Concretamente o número de gerações coincidiria nesta teoria com a metade do valor absoluto do número de Euler da variedade de Calabi-Yau.[3] No entanto, isto não é estritamente uma predição já que no estádio actual da teoria de sensatas podem se construir espaços de Calabi-Yau de diferente número de Euler. Sabe-se que se quer se construir uma teoria de sensatas que de lugar a só três gerações, o número de Euler deve ser ±6.
Existe a hipótese de que os quarks estão formados de preones .