Hiukkasfysiikan standardimalli on fysiikan paras likiarvo täydelliseen todellisuusteoriaan. Se kuvaa kymmeniä hiukkasia ja niiden välisiä vuorovaikutuksia, jotka jakautuvat kolmeen luokkaan; vahva ydinvoima, heikko ydinvoima ja sähkömagnetismi. Hiukkaset sopivat kahteen luokkaan: bosonit tai ferimonit.
Fermioneihin kuuluvat tutut protoni ja neutroni (molemmat koostuvat kvarkeista, neutriinoista ja gluoneista) ja elektroni, joka on perustavanlaatuinen.
Bosonit välittävät vuorovaikutusta fermionien välillä.
Suurin ero bosonien ja fermionien välillä on, että bosonit voivat jakaa saman kvanttitilan, kun taas fermionit eivät. Standardimallia käytetään rutiininomaisesti ennustamaan hiukkasten välisten vuorovaikutusten tuloksia moniin merkittäviin tarkkuuteen. Se ei ole täysin täydellinen, mutta se on paras teoria vuodesta 1970 vuoteen 1973 lähtien.
Fermionit koostuvat 6 kvarkkilajikkeesta ja 6 leptonlajikkeesta. Melkein kaikki ympärillämme havaitsemamme aine koostuu kahdesta kvarkkityypistä, “ylös” kvarkista ja “alas” kvarkista sekä yhdestä leptonin lajikkeesta, elektronista. Nämä kolme hiukkasta riittävät muodostamaan kaikki jaksollisen järjestelmän atomit ja molekyylit, joita ne muodostavat sitoutuessaan toisiinsa. Loput 2 kvarkkia ja 1 leptonia ovat massiivisempia versioita, jotka muuten käyttäytyvät samalla tavalla kuin vähemmän massiiviset serkkunsa. Niitä voidaan luoda korkean energian fysiikan kokeissa sekunnin murto-ajoiksi. Jokaisessa leptonissa on sitä vastaava neutrino (energiaa kuljettava hiukkanen, jonka massa on erittäin pieni ja nopea). Kaikilla näillä hiukkasilla on myös antimateriaversioita, jotka käyttäytyvät samalla tavalla, mutta tuhoutuvat joutuessaan kosketuksiin ei-antimateriaalin kanssa, muuttaen molempien hiukkasten massan puhtaaksi energiaksi.
Bosoneja on neljää lajiketta, jotka välittävät kolmea aiemmin mainittua perusvoimaa. Tunnetuin bosoni on fotoni, joka välittää sähkömagnetismia. Tämä on vastuussa kaikista sähköä, magnetismia ja valoa ympäröivistä ilmiöistä. Muita bosoneja ovat W- ja Z-bosonit, jotka välittävät heikkoa ydinvoimaa; ja gluonit, jotka välittävät voimakasta ydinvoimaa, joka sitoo kvarkit yhteen suuremmiksi hiukkasiksi, kuten neutroneiksi ja protoneiksi. Tällä tavalla standardimalli selittää tai yhdistää 4 luonnon neljästä perusvoimasta; erinomainen voima on painovoima.
Higgsin bosoni on bosoni, jonka olemassaolon standardimalli ennustaa, mutta jota ei ole vielä havaittu. Se olisi vastuussa mekanismista, jolla kaikki hiukkaset hankkivat massaa. Toinen hypoteettinen bosoni on gravitoni, joka välittäisi gravitaatiovuorovaikutuksia.
Gravitaatio ei sisälly standardimalliin, koska meiltä puuttuu teoreettinen kuvaus tai kokeelliset vihjeet gravitaatiovuorovaikutuksia välittävistä bosoneista. Nykyaikainen kieleteoria on kuitenkin tuonut kiehtovia mahdollisuuksia tutkia lisää mahdollisia tapoja paljastaa hypoteettinen graviton. Jos jonain päivänä se onnistuu, se voi osoittautua korvaavan Standardimallin yhdistämällä kaikki neljä perusvoimaa, jolloin siitä tulee vaikeasti ymmärrettävä “kaiken teoria”.