Στη φυσική, ένα στοιχειώδες σωματίδιο ή θεμελιώδες σωματίδιο είναι ένα σωματίδιο που δεν αποτελείται από άλλα σωματίδια.
Ένα στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να ανήκει σε μία από δύο ομάδες: ένα φερμιόνιο ή ένα μποζόνιο. Τα φερμιόνια είναι τα δομικά στοιχεία της ύλης και έχουν μάζα, ενώ τα μποζόνια συμπεριφέρονται ως φορείς δυνάμεων για τις αλληλεπιδράσεις των φερμιονίων και ορισμένα από αυτά δεν έχουν μάζα. Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ο πιο αποδεκτός τρόπος για να εξηγηθεί η συμπεριφορά των σωματιδίων και οι δυνάμεις που τα επηρεάζουν. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα στοιχειώδη σωματίδια ομαδοποιούνται περαιτέρω σε κουάρκ, λεπτόνια και μποζόνια μέτρου, με το μποζόνιοHiggs να έχει ένα ειδικό καθεστώς ως μη μποζόνιο μέτρου.
Από τα σωματίδια που απαρτίζουν ένα άτομο, μόνο το ηλεκτρόνιο είναι στοιχειώδες σωματίδιο. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται το καθένα από 3 κουάρκ, γεγονός που τα καθιστά σύνθετα σωματίδια, σωματίδια που αποτελούνται από άλλα σωματίδια. Τα κουάρκ συνδέονται μεταξύ τους με τα γκλουόνια. Ο πυρήνας έχει πεδία μποζονίων-πιονίων που είναι υπεύθυνα για την ισχυρή πυρηνική δύναμη που συνδέει τα πρωτόνια και τα νετρόνια ενάντια στην ηλεκτροστατική άπωση μεταξύ των πρωτονίων. Τέτοια εικονικά πιόνια αποτελούνται από ζεύγη κουάρκ-αντίκουάρκ που συγκρατούνται και πάλι από γκλουόνια.
Υπάρχουν τρεις βασικές ιδιότητες που περιγράφουν ένα στοιχειώδες σωματίδιο: "μάζα", "φορτίο" και "σπιν". Σε κάθε ιδιότητα αποδίδεται μια αριθμητική τιμή. Για τη μάζα και το φορτίο ο αριθμός μπορεί να είναι μηδέν. Για παράδειγμα, ένα φωτόνιο έχει μηδενική μάζα και ένα νετρίνο έχει μηδενικό φορτίο. Αυτές οι ιδιότητες παραμένουν πάντα ίδιες για ένα στοιχειώδες σωματίδιο.
- Mass: Ένα σωματίδιο έχει μάζα αν χρειάζεται ενέργεια για να αυξηθεί η ταχύτητά του ή για να επιταχυνθεί. Ο πίνακας στα δεξιά δίνει τη μάζα κάθε στοιχειώδους σωματιδίου. Οι τιμές δίνονται σε MeV/c2s (δηλαδή προφέρονται μεγαηλεκτρονιοβόλτ επί "c" στο τετράγωνο), δηλαδή σε μονάδες ενέργειας επί της ταχύτητας του φωτός στο τετράγωνο. Αυτό προέρχεται από την ειδική σχετικότητα, η οποία μας λέει ότι η ενέργεια ισούται με τη μάζα επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Όλα τα σωματίδια με μάζα παράγουν βαρύτητα. Όλα τα σωματίδια επηρεάζονται από τη βαρύτητα, ακόμη και σωματίδια χωρίς μάζα όπως το φωτόνιο (βλ. γενική σχετικότητα).
- Ηλεκτρικό φορτίο: Τα σωματίδια μπορεί να έχουν θετικό φορτίο, αρνητικό ή καθόλου. Εάν ένα σωματίδιο έχει αρνητικό φορτίο και ένα άλλο σωματίδιο έχει θετικό φορτίο, τα δύο σωματίδια έλκονται μεταξύ τους. Εάν τα δύο σωματίδια έχουν και τα δύο αρνητικό φορτίο ή και τα δύο έχουν θετικό φορτίο, τα δύο σωματίδια απομακρύνονται μεταξύ τους. Σε μικρές αποστάσεις, η δύναμη αυτή είναι πολύ ισχυρότερη από τη δύναμη της βαρύτητας, η οποία έλκει όλα τα σωματίδια μεταξύ τους. Ένα ηλεκτρόνιο έχει φορτίο -1. Ένα πρωτόνιο έχει φορτίο +1. Ένα νετρόνιο έχει μέσο φορτίο 0. Τα κανονικά κουάρκ έχουν φορτίο ⅔ ή -⅓.
- Σπιν: Η στροφορμή ή η σταθερή στροφή ενός σωματιδίου έχει μια συγκεκριμένη τιμή, που ονομάζεται αριθμός σπιν. Το σπιν για τα στοιχειώδη σωματίδια είναι ένα ή ½. Η ιδιότητα του σπιν των σωματιδίων δηλώνει μόνο την παρουσία στροφορμής. Στην πραγματικότητα, τα σωματίδια δεν περιστρέφονται.
Η μάζα και το φορτίο είναι ιδιότητες που βλέπουμε στην καθημερινή ζωή, επειδή η βαρύτητα και ο ηλεκτρισμός επηρεάζουν τα πράγματα που οι άνθρωποι βλέπουν και αγγίζουν. Αλλά το σπιν επηρεάζει μόνο τον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων, οπότε δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα.
