W fizyce, cząstka elementarna lub podstawowa to cząstka, która nie jest zbudowana z innych cząstek.
Cząstka elementarna może być jedną z dwóch grup: fermionem lub bozonem. Fermiony są składnikami materii i mają masę, podczas gdy bozony zachowują się jak nośniki siły w oddziaływaniach fermionowych, a niektóre z nich nie mają masy. Model Standardowy jest najbardziej akceptowanym sposobem wyjaśnienia zachowania się cząstek i sił, które na nie oddziałują. Zgodnie z tym modelem cząstki elementarne są dalej grupowane w kwarki, leptony i bozony gauge'owe, a bozon Higgsa ma specjalny status bozonu niemającego masy.
Z cząstek składających się na atom, tylko elektron jest cząstką elementarną. Protony i neutrony są zbudowane z 3 kwarków, co czyni je cząstkami złożonymi, cząstkami, które są zbudowane z innych cząstek. Kwarki są związane razem przez gluony. W jądrze znajdują się bozonowe pola pionowe odpowiedzialne za silne siły atomowe wiążące protony i neutrony przed elektrostatycznym odpychaniem pomiędzy protonami. Takie wirtualne piony składają się z kwarkowych par antykwarkowych, które są ponownie wiązane przez gluony.
Istnieją trzy podstawowe właściwości, które opisują cząstkę elementarną: "masa", "ładunek" i "spin". Każdej z tych właściwości przypisana jest wartość liczbowa. Dla masy i ładunku liczba ta może wynosić zero. Na przykład foton ma zerową masę, a neutrino zerowy ładunek. Właściwości te pozostają zawsze takie same dla cząstki elementarnej.
- Msza: Cząstka ma masę, jeśli pobiera energię, aby zwiększyć swoją prędkość lub ją przyspieszyć. W tabeli po prawej stronie znajduje się masa każdej cząstki elementarnej. Wartości te podane są w MeV/c2s (czyli w jednostkach energii nad "c" kwadratowym), czyli w jednostkach energii nad prędkością światła kwadratowego. Pochodzi to ze szczególnej względności, która mówi nam, że energia jest równa masie razy kwadrat prędkości światła. Wszystkie cząstki z masą wytwarzają grawitację. Na wszystkie cząstki ma wpływ grawitacja, nawet cząstki bez masy jak foton (patrz ogólna względność).
- Ładunek elektryczny: Cząsteczki mogą mieć ładunek dodatni, ujemny lub brak. Jeżeli jedna cząstka ma ładunek ujemny, a druga dodatni, obie cząstki są przyciągane do siebie. Jeżeli obie cząstki mają ładunek ujemny lub oba mają ładunek dodatni, to obie są odsuwane od siebie. Na krótkich odległościach siła ta jest znacznie silniejsza niż siła grawitacji, która ściąga wszystkie cząstki do siebie. Elektron ma ładunek -1. Proton ma ładunek +1. Neutron ma średni ładunek 0. Normalne kwarki mają ładunek ⅔ lub -⅓.
- Spin: Pęd kątowy lub stały obrót cząstki ma szczególną wartość, zwaną jej numerem spinowym. Spin dla cząstek elementarnych wynosi jeden lub ½. Własność spinowa cząstek oznacza jedynie obecność pędu. W rzeczywistości, cząstki nie wirują.
Masa i ładunek są właściwościami, które widzimy w codziennym życiu, ponieważ grawitacja i elektryczność wpływają na rzeczy, które ludzie widzą i dotykają. Ale spin wpływa tylko na świat subatomowych cząstek, więc nie można go bezpośrednio zaobserwować.
