ในฟิสิกส์อนุภาค^ย่อยอะตอมคืออนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าอะตอม [ ^{1 ]}ตามแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคอนุภาคย่อยอะตอมอาจเป็นอนุภาคประกอบหรืออนุภาคพื้นฐานอนุภาคประกอบ เช่นโปรตอนหรือนิวตรอนประกอบด้วยอนุภาคอื่น ๆ ในขณะที่อนุภาคพื้นฐาน เช่นอิเล็กตรอนไม่ได้ประกอบด้วยอนุภาคอื่น ๆ^{[ 2 ]}ฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์นิวเคลียร์ศึกษาอนุภาคเหล่านี้และวิธีการที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กัน^{[ 3 ]}อนุภาคที่นำพาแรงส่วนใหญ่ เช่นโฟตอนหรือกลูออนเรียกว่าโบซอนและถึงแม้ว่าพวกมันจะมีควอนตัมของพลังงาน แต่ก็ไม่มีมวลนิ่งหรือเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอน (นอกเหนือจากความยาวคลื่นพลังงานบริสุทธิ์) และแตกต่างจากอนุภาคก่อนหน้าที่มีมวลนิ่งและไม่สามารถทับซ้อนหรือรวมกันได้ ซึ่งเรียกว่าเฟอร์มิออน อย่างไรก็ตาม โบซอน W และ Zเป็นข้อยกเว้นของกฎนี้และมีมวลนิ่งค่อนข้างมากที่ประมาณ80  GeV/ c ²และ90 GeV/ c²ตาม ^{ลำดับ}

การทดลองแสดงให้เห็นว่าแสงสามารถมีพฤติกรรมเหมือนกระแสของอนุภาค (เรียกว่าโฟตอน ) เช่นเดียวกับการแสดงคุณสมบัติคล้ายคลื่น สิ่งนี้นำไปสู่แนวคิดของความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค เพื่อสะท้อนให้เห็นว่า อนุภาคในระดับควอนตัมมีพฤติกรรมทั้งเหมือนอนุภาคและเหมือนคลื่นบางครั้งจึงเรียกว่าอนุภาคคลื่นเพื่อสะท้อนสิ่งนี้^{[ 4 ]}

แนวคิดอีกประการหนึ่งคือหลักการความไม่แน่นอนซึ่งระบุว่าคุณสมบัติบางอย่างของอนุภาคเมื่อรวมกัน เช่นตำแหน่งและโมเมนตัม พร้อมกันนั้น ไม่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ^{[ 5 ]} ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในกรอบของทฤษฎีสนามควอนตัมนั้นเข้าใจได้ว่าเป็นการสร้างและการทำลายควอนตัมของปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน ที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นการผสมผสานฟิสิกส์อนุภาคกับทฤษฎีสนาม

แม้แต่ในหมู่นักฟิสิกส์อนุภาคคำจำกัดความที่แน่นอนของอนุภาคก็ยังแตกต่างกัน ความพยายามทางวิชาชีพเหล่านี้ในการกำหนดคำจำกัดความของอนุภาค ได้แก่: ^{[ 6 ]}

• อนุภาคคือฟังก์ชันคลื่นที่ยุบตัวลง
• อนุภาคคือการกระตุ้นของสนามควอนตัม
• อนุภาคคือการแสดงแทนที่ลดทอนไม่ได้ของกลุ่มปวงกาเร
• อนุภาคคือสิ่งที่สามารถสังเกตได้

อนุภาคย่อยอะตอมนั้นอาจเป็น "อนุภาคพื้นฐาน" ซึ่งไม่ได้ประกอบขึ้นจากอนุภาคอื่นหลายอนุภาค หรืออาจเป็น "อนุภาคผสม" ซึ่งประกอบขึ้นจากอนุภาคพื้นฐานมากกว่าหนึ่งอนุภาคที่ยึดติดกัน

อนุภาคพื้นฐานของแบบจำลองมาตรฐานคือ: ^{[ 7 ]}

• ค วาร์กมีหก "ชนิด"ได้แก่อัพดาวน์สเตรนจ์ ชา ร์ม บอททอมและท็อป
• เลปตอนมี 6 ประเภทได้แก่อิเล็กตรอนนิวตริโนอิเล็กตรอนมิวออนนิวตริโนมิวออน เทาและนิวตริโนเทา
• อนุภาคเกจโบซอนสิบสองตัว(ตัวนำแรง): โฟตอนของแม่เหล็กไฟฟ้า , โบซอน W และ Z สามตัวของแรงอ่อนและกลูออนแปดตัวของแรงแข็ง
• อนุภาคฮิกส์

อนุภาคเหล่านี้ทั้งหมดถูกค้นพบแล้วผ่านการทดลอง โดยอนุภาคที่ค้นพบล่าสุด ได้แก่ ควาร์กบน (ควาร์กท็อป) (ค.ศ. 1995) นิวตริโนเทา (ค.ศ. 2000) และโบซอนฮิกส์ (ค.ศ. 2012)

แบบจำลองมาตรฐานฉบับปรับปรุงต่างๆทำนายการมีอยู่ของ อนุภาค กราวิตอน พื้นฐาน และอนุภาคพื้นฐานอื่นๆ อีกมากมายแต่ยังไม่มีการค้นพบอนุภาคใดๆ จนถึงปี 2026

คำว่าแฮดรอนมาจากภาษากรีกและได้รับการนำมาใช้ในปี 1962 โดยLev Okun [ ^{8 ] อนุภาค}ประกอบเกือบทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กหลายตัว (และ/หรือแอนติควาร์ก) ที่ยึดติดกันด้วยกลูออน (ยกเว้นบางกรณีที่ไม่มีควาร์ก เช่นโพซิตรอนเนียมและมิวโอเนียม ) อนุภาคที่มีควาร์กจำนวนน้อย (≤ 5) ตัว (รวมถึงแอนติควาร์ก) เรียกว่าแฮดรอนเนื่องจากคุณสมบัติที่เรียกว่าการกักขังสีควาร์กจึงไม่เคยพบอยู่เดี่ยวๆ แต่จะพบอยู่ในแฮดรอนที่มีควาร์กหลายตัวเสมอ แฮดรอนถูกแบ่งตามจำนวนควาร์ก (รวมถึงแอนติควาร์ก) ออกเป็นแบริออนที่มีจำนวนควาร์กเป็นเลขคี่ (เกือบตลอดเวลาคือ 3) ซึ่งโปรตอนและนิวตรอน ( นิวคลีออน สองตัว ) เป็นที่รู้จักกันดีที่สุด และอนุภาคเมซอนที่มีจำนวนควาร์กเป็นเลขคู่ (เกือบทุกครั้งจะมี 2 ตัว คือควาร์ก 1 ตัวและแอนติควาร์ก 1 ตัว) ซึ่งไพอนและเคออนเป็นอนุภาคที่รู้จักกันดีที่สุด

ยกเว้นโปรตอนและนิวตรอน อนุภาคแฮดรอนอื่นๆ ทั้งหมดไม่เสถียรและสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นๆ ในเวลาไมโครวินาทีหรือน้อยกว่านั้น โปรตอนประกอบด้วยควาร์กอัพ 2 ตัว และควาร์กดาวน์ 1 ตัว ในขณะที่นิวตรอนประกอบด้วยควาร์กดาวน์ 2 ตัวและควาร์กอัพ 1 ตัว โดยทั่วไปอนุภาคเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของอะตอม เช่น นิวเคลียสของฮีเลียม-4 ประกอบด้วยโปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว อนุภาคแฮดรอนส่วนใหญ่มีอายุไม่นานพอที่จะรวมตัวกันเป็นโครงสร้างคล้ายนิวเคลียสได้ ส่วนอนุภาคที่รวมตัวกันได้ (นอกเหนือจากโปรตอนและนิวตรอน) จะก่อตัวเป็นนิวเคลียส แปลกใหม่

อนุภาคย่อยอะตอมใดๆ เช่นเดียวกับอนุภาคใดๆ ในปริภูมิสามมิติที่ปฏิบัติตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัมสามารถเป็นได้ทั้งโบซอน (ที่มีสปิน เป็นจำนวนเต็ม ) หรือเฟอร์มิออน (ที่มีสปินเป็นครึ่งจำนวนเต็มคี่)

ในแบบจำลองมาตรฐาน เฟอร์มิออนพื้นฐานทั้งหมดมีสปิน 1/2 และแบ่งออกเป็นควาร์กซึ่งมีประจุสีและจึงรู้สึกถึงอันตรกิริยาแรง และเลปตอนซึ่งไม่มีประจุสี โบซอนพื้นฐานประกอบด้วยโบซอนเกจ (โฟตอน W และ Z กลูออน) ที่มีสปิน 1 ในขณะที่โบซอนฮิกส์เป็นอนุภาคพื้นฐานเพียงชนิดเดียวที่มีสปินเป็นศูนย์

ตามทฤษฎีแล้ว อนุภาคกราวิตอนสมมุติจะต้องมีสปิน 2 แต่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองมาตรฐาน ส่วนขยายบางอย่าง เช่นทฤษฎีซูเปอร์สมมาตรทำนายว่าจะมีอนุภาคพื้นฐานเพิ่มเติมที่มีสปิน 3/2 แต่ยังไม่มีการค้นพบอนุภาคเหล่านั้นจนถึงปี 2023

เนื่องจากกฎเกี่ยวกับสปินของอนุภาคประกอบ อนุภาคแบริออน (3 ควาร์ก) มีสปินเป็น 1/2 หรือ 3/2 และจัดเป็นเฟอร์มิออน ในขณะที่อนุภาคเมซอน (2 ควาร์ก) มีสปินเป็นจำนวนเต็ม 0 หรือ 1 และจัดเป็นโบซอน

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษพลังงานของอนุภาคที่อยู่นิ่งเท่ากับมวลของอนุภาคคูณด้วยความเร็วแสงยกกำลังสอง E ⁼ mc²นั่นคือมวลสามารถแสดงในรูปของพลังงาน ได้ และพลังงานสามารถแสดงในรูปของมวลได้ ถ้าอนุภาคมีกรอบอ้างอิงที่มันอยู่นิ่ง อนุภาคนั้นจะมีมวลนิ่ง เป็นบวก และเรียกว่ามี มวล

อนุภาคประกอบทั้งหมดมีมวล อนุภาคแบริออน (หมายถึง "หนัก") มักจะมีมวลมากกว่าอนุภาคเมซอน (หมายถึง "ปานกลาง") ซึ่งในทางกลับกันก็มักจะหนักกว่าอนุภาคเลปตอน (หมายถึง "เบา") แต่อนุภาคเลปตอนที่หนักที่สุด ( อนุภาคเทา ) นั้นหนักกว่าอนุภาคแบริออนที่เบาที่สุดสองชนิด ( นิวคลีออน ) นอกจากนี้ยังเป็นที่แน่นอนว่าอนุภาคใด ๆ ที่มีประจุไฟฟ้าจะมีมวล

เมื่อมีการกำหนดนิยามครั้งแรกในทศวรรษ 1950 คำว่า แบริออน เมซอน และเลปตอน หมายถึงมวล อย่างไรก็ตาม หลังจากที่แบบจำลองควาร์กได้รับการยอมรับในทศวรรษ 1970 ก็ได้มีการตระหนักว่า แบริออนเป็นอนุภาคประกอบของควาร์กสามตัว เมซอนเป็นอนุภาคประกอบของควาร์กหนึ่งตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัว ในขณะที่เลปตอนเป็นอนุภาคพื้นฐานและถูกนิยามว่าเป็นเฟอร์มิออนพื้นฐานที่ไม่มีประจุสี

อนุภาคไร้มวลทั้งหมด(อนุภาคที่มีมวลไม่แปรผันเป็นศูนย์) เป็นอนุภาคพื้นฐาน ซึ่งรวมถึงโฟตอนและกลูออน แม้ว่ากลูออนจะไม่สามารถแยกออกมาได้ก็ตาม

อนุภาคย่อยอะตอมส่วนใหญ่ไม่เสถียร เลปตอนทั้งหมด รวมทั้งแบริออนสลายตัวได้ด้วยแรงนิวเคลียร์แบบเข้มหรือแบบอ่อน (ยกเว้นโปรตอน) ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าโปรตอนสลายตัวหรือไม่ แม้ว่าจะไม่ทราบว่ามันเสถียร "อย่างแท้จริง" หรือไม่ เนื่องจากทฤษฎีเอกภาพยิ่งใหญ่ (GUT) ที่สำคัญบางทฤษฎีต้องการสมมติฐานนี้ มิวออน μ และ τ รวมทั้งอนุภาคปฏิปักษ์ของพวกมัน สลายตัวได้ด้วยแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน นิวตริโน (และแอนตินิวตริโน) ไม่สลายตัว แต่เชื่อว่าปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการแกว่งของนิวตริโนมีอยู่แม้ในสุญญากาศ อิเล็กตรอนและอนุภาคปฏิปักษ์ของมันคือโพซิตรอนเสถียรตามทฤษฎีเนื่องจากการอนุรักษ์ประจุเว้นแต่จะมีอนุภาคที่เบากว่าซึ่งมีขนาดของประจุไฟฟ้า≤  eอยู่ (ซึ่งไม่น่าจะเป็นไปได้) ประจุของอนุภาคนี้ยังไม่ปรากฏให้เห็น

อนุภาคย่อยอะตอมที่สังเกตได้ทั้งหมดมีประจุไฟฟ้าเป็นจำนวนเต็มเท่าของประจุพื้นฐานส่วนควาร์กในแบบจำลองมาตรฐานมีประจุไฟฟ้า "ไม่เป็นจำนวนเต็ม" กล่าวคือ เป็นจำนวนเท่าของ⁠1/3แต่ ควา  ร์ก (และส่วนประกอบอื่นๆ ที่มีประจุไฟฟ้าไม่เป็นจำนวนเต็ม) ไม่สามารถแยกออกมาได้เนื่องจากการกักกันสี สำหรับแบริออน เมซอน และอนุภาคปฏิปักษ์ของพวกมัน ประจุของควา ร์ กที่เป็นส่วนประกอบจะรวมกันได้เป็นจำนวนเต็มเท่าของe

จากผลงานของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ , สัตเยนทรา นาถ โบส , หลุยส์ เดอ บรอยล์และอีกหลายคน ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันถือว่า อนุภาค ทั้งหมดมีธรรมชาติของคลื่นด้วย^{[ 9 ]}สิ่งนี้ได้รับการยืนยันแล้วไม่เพียงแต่สำหรับอนุภาคพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอนุภาคประกอบ เช่น อะตอมและแม้แต่โมเลกุลด้วย ในความเป็นจริง ตามสูตรดั้งเดิมของกลศาสตร์ควอนตัมที่ไม่สัมพัทธภาพ ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคใช้ได้กับวัตถุทั้งหมด แม้แต่สิ่งที่มีขนาดมหภาค แม้ว่าคุณสมบัติคลื่นของวัตถุขนาดมหภาคจะไม่สามารถตรวจจับได้เนื่องจากความยาวคลื่นที่เล็ก^{[ 10 ]}

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคได้รับการตรวจสอบมาหลายศตวรรษแล้ว และมีกฎง่ายๆ ไม่กี่ข้อที่รองรับพฤติกรรมของอนุภาคในการชนและการมีปฏิสัมพันธ์ กฎพื้นฐานที่สุดเหล่านี้คือกฎการอนุรักษ์พลังงานและการอนุรักษ์โมเมนตัมซึ่งทำให้เราสามารถคำนวณปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในระดับขนาดตั้งแต่ดาวฤกษ์ไปจนถึงควาร์กได้^{[ 11 ]}สิ่งเหล่านี้เป็นพื้นฐานเบื้องต้นของกลศาสตร์นิวตันซึ่งเป็นชุดของข้อความและสมการในPhilosophiae Naturalis Principia Mathematicaซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1687

อิเล็กตรอนที่มีประจุลบมีมวลประมาณ⁠1/1836มวลของอะตอมไฮโดรเจนส่วนหนึ่งมาจากโปรตอนที่ มีประจุบวก เลข อะตอม ของธาตุคือ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส นิวตรอนเป็นอนุภาคที่เป็นกลาง มีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อยไอโซโทป ต่าง ๆ ของธาตุเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน เลขมวลของไอโซโทปคือจำนวนนิวคลีออน ทั้งหมด (นิวตรอนและโปรตอนรวมกัน)

วิชาเคมี เกี่ยวข้องกับวิธีที่การแบ่งปันอิเล็กตรอนเชื่อมโยงอะตอมเข้า ด้วยกันเป็นโครงสร้าง เช่น ผลึกและโมเลกุลอนุภาคย่อยอะตอมที่ถือว่าสำคัญในการทำความเข้าใจเคมี ได้แก่อิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอนฟิสิกส์นิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับวิธีที่โปรตอนและนิวตรอนจัดเรียงตัวในนิวเคลียส การศึกษาอนุภาคย่อยอะตอม อะตอม และโมเลกุล รวมถึงโครงสร้างและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน จำเป็นต้องใช้กลศาสตร์ควอนตัมการวิเคราะห์กระบวนการที่เปลี่ยนแปลงจำนวนและชนิดของอนุภาคจำเป็นต้องใช้ทฤษฎีสนามควอนตัมการศึกษาอนุภาคย่อยอะตอมโดยเฉพาะเรียกว่าฟิสิกส์อนุภาคคำว่าฟิสิกส์พลังงานสูงเกือบจะมีความหมายเหมือนกับ "ฟิสิกส์อนุภาค" เนื่องจากการสร้างอนุภาคต้องใช้พลังงานสูง: มันเกิดขึ้นเฉพาะจากรังสีคอสมิกหรือในเครื่องเร่งอนุภาค เท่านั้น ปรากฏการณ์วิทยาของอนุภาคจัดระบบความรู้เกี่ยวกับอนุภาคย่อยอะตอมที่ได้จากการทดลองเหล่านี้^{[ 12 ]}

คำว่า " อนุภาค ย่อยอะตอม " ส่วนใหญ่เป็นคำ ที่ใช้ ในภายหลัง ในช่วงทศวรรษ 1960 เพื่อแยกแยะ อนุภาคแบริออนและเมซอนจำนวนมาก(ซึ่งประกอบเป็นแฮดรอน ) ออกจากอนุภาคที่ปัจจุบันเชื่อว่าเป็นอนุภาคพื้นฐานอย่างแท้จริงก่อนหน้านั้น แฮดรอนมักถูกจัดประเภทเป็น "อนุภาคพื้นฐาน" เนื่องจากองค์ประกอบของมันยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

ต่อไปนี้คือรายชื่อการค้นพบที่สำคัญ:

• เฟย์นแมน, ริชาร์ด พี.; ไวน์เบิร์ก, สตีเวน, บรรณาธิการ (2001). อนุภาคพื้นฐานและกฎของฟิสิกส์: การบรรยายรำลึกถึงดิแรก ประจำปี 1986 (ฉบับพิมพ์ซ้ำ). เคมบริดจ์: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-0-521-65862-1.
• กรีน, ไบรอัน (2003). จักรวาลอันสง่างาม: ซูเปอร์สตริง มิติที่ซ่อนเร้น และการแสวงหาทฤษฎีขั้นสูงสุด . นิวยอร์ก; ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: นอร์ตัน. ISBN 978-0-393-05858-1.
• Oerter, Robert (2006). ทฤษฎีของเกือบทุกสิ่ง: แบบจำลองมาตรฐาน ชัยชนะที่ไม่ได้รับการยกย่องของฟิสิกส์สมัยใหม่ . นิวยอร์ก, นิวยอร์ก: Pi Press . ISBN 978-0-452-28786-0.
• ชุมม์, บรูซ เอ. (2004). ลึกลงไปเบื้องลึก: ความงดงามอันน่าทึ่งของฟิสิกส์อนุภาค . บัลติมอร์, แมริแลนด์: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์ . ISBN 978-0-8018-7971-5.
• เวลท์แมน, มาร์ตินัส (2003). ข้อเท็จจริงและความลึกลับในฟิสิกส์อนุภาคเบื้องต้น . ริเวอร์เอจ, นิวเจอร์ซีย์: เวิลด์ ไซเอนซ์ . ISBN 978-981-238-148-4.

• คอฟแลน, กาย ดี.; ดอดด์, เจ.อี.; กริปาอิออส, เบน เอ็ม. (2006). แนวคิดของฟิสิกส์อนุภาค: บทนำสำหรับนักวิทยาศาสตร์ (ฉบับที่ 3). เคมบริดจ์: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-0-521-67775-2.ตำราเรียนระดับปริญญาตรีสำหรับผู้ที่ไม่ได้เรียนวิชาเอกฟิสิกส์
• กริฟฟิธส์, เดวิด เจ. (2007) ความรู้ เบื้องต้นเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานไวน์ไฮม์: ไวลีย์ . ไอเอสบีเอ็น 978-0-471-60386-3.
• เคน, กอร์ดอน แอล. (2017). ฟิสิกส์อนุภาคพื้นฐานสมัยใหม่ (ฉบับที่ 2). เคมบริดจ์, อังกฤษ, สหราชอาณาจักร; นิวยอร์ก, นิวยอร์ก, สหรัฐอเมริกา: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-1-107-16508-3.

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคย่อยอะตอม

• มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย: กลุ่มข้อมูลอนุภาค