Είναι τα quarks και τα λεπτόνια πραγματικά στοιχειώδη,
ή είναι φτιαγμένα από ακόμα πιο στοιχειώδη σωματίδια;

Συχνές ερωτήσεις Ιούνιος 2001

Επί του παρόντος δεν είναι γνωστό αν τα quarks και τα λεπτόνια είναι πραγματικά στοιχειώδη ή σύνθετα σωμάτια. Φαίνεται οι φυσικοί έχουν γίνει πιο προσεκτικοί όταν αναγγέλλουν ότι κάποια σωματίδια είναι στοιχειώδη, αφότου έμαθαν ότι τα άτομα, οι πυρήνες των ατόμων, και τελικά τα πρωτόνια και τα νετρόνια έχουν δομή. Επιπλέον τα quarks και τα λεπτόνια είναι τόσο μικρά ώστε μπορούμε να τα σκεφτόμαστε σαν γεωμετρικά σημεία στο χώρο χωρίς να έχουν καθόλου τρισδιάστατη έκταση. Αυτό δεν είναι ίσως τόσο θαυμαστό όσο ακούγεται αρχικά, διότι ύστερα απ' όσα μάθαμε από το μοντέλο του Rutherford, ότι ο όγκος του ατόμου κυρίως αποτελείται από κενό χώρο, δεν θα ακουγόταν εκπληκτικό να βρεθεί ότι η ύλη δεν είναι τίποτε άλλο από χώρο.

Ενώ το αποδεκτό πια σήμερα καθιερωμένο πρότυπο για τη δομή της ύλης (standard model), εξασφαλίζει μια πολύ καλή περιγραφή των πειραματικών φαινομένων, το πρότυπο αυτό δεν είναι πλήρες. Μπορεί να εξηγήσει τη συμπεριφορά των σωματιδίων αρκετά καλά, αλλά δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί κάποια σωματίδια υπάρχουν με τη συγκεκριμένη μορφή τους. Ήταν αδύνατον να προβλεφθεί θεωρητικά η μάζα του top quark με ακρίβεια έως ότου αυτή βρέθηκε πειραματικά.
Όπως αναφέρθηκε ήδη, αυτό συμβαίνει διότι το καθιερωμένο πρότυπο δεν εξασφαλίζει το μαθηματικό μοντέλο υπολογισμού της μάζας που παρατηρήσαμε πειραματικά.
Μια άλλη ερώτηση αφορά το γεγονός ότι υπάρχουν τρεις οικογένειες από quarks και λεπτόνια. Από τις τρεις οικογένειες (η γενιές) σωματιδίων, μόνον η πρώτη είναι σταθερή, αυτή που περιέχει τα up και down quarks, τα ηλεκτρόνια και τα νετρίνα των ηλεκτρονίων (e-νετρίνα). Δεν φαίνεται να υπάρχει ανάγκη για τις άλλες δύο γενιές στον κόσμο που μας περιβάλλει, παρόλα αυτά οι γενιές αυτές υπάρχουν. Οι φυσικές θεωρίες δεν έχουν εξήγηση για την ύπαρξη των άλλων δύο ασταθών γενεών.

Παρόμοια η ερώτηση γιατί δεν υπάρχει παρά ελάχιστη αντιύλη στο Σύμπαν μένει αναπάντητη. Αφού υπάρχει μια σχεδόν τέλεια συμμετρία μεταξύ ύλης και αντιύλης, κανείς θα περίμενε μερικές περιοχές του Σύμπαντος να αποτελούνται από ύλη και άλλες από αντιύλη. Αντίθετα όμως σχεδόν όλη η μάζα που παρατηρούμε στο Σύμπαν αποτελείται από ύλη.