Wat zijn elementaire deeltjes? Uitleg van quarks, leptonen en bosonen

Leer wat elementaire deeltjes zijn: overzicht van quarks, leptonen, bosonen, Higgs, massa, lading en spin binnen het Standaard Model — duidelijk en toegankelijk.

Schrijver: Leandro Alegsa

19-01-2026 16:46

In de fysica is een elementair of fundamenteel deeltje een deeltje dat niet uit andere deeltjes bestaat.

Fermionen en bosonen

Elementaire deeltjes worden grofweg in twee groepen ingedeeld: fermionen en bosonen. Fermionen vormen de bouwstenen van gewone materie. Voorbeelden zijn elektronen en quarks; fermionen volgen het Pauli-uitsluitingsprincipe, waardoor geen twee identieke fermionen in dezelfde kwantumtoestand kunnen zitten. Bosonen gedragen zich anders: zij kunnen samen in dezelfde toestand voorkomen en treden vaak op als dragers van krachten tussen fermionen, zoals het foton bij elektromagnetische interacties.

Het Standaardmodel en de groepering van de deeltjes

Het Standaard Model is het huidige, algemeen aanvaarde raamwerk dat beschrijft welke elementaire deeltjes er zijn en hoe ze met elkaar wisselwerken via drie van de vier bekende fundamentele krachten (elektromagnetisme, sterke en zwakke kernkracht). Volgens dit model behoren de elementaire deeltjes tot drie hoofdgroepen: quarks, leptonen en bosonen. Het Higgs-boson heeft een speciale plaats: het is een scalaardeeltje dat het mechanisme levert waardoor andere deeltjes massa kunnen krijgen.

Voorbeelden: atoomdeeltjes en kernen

Van de deeltjes die een atoom vormen, is alleen het elektron een elementair deeltje. Protonen en neutronen zijn geen elementaire deeltjes: elk van hen bestaat uit drie quarks en valt daarmee in de categorie samengestelde deeltjes. De quarks binnen protonen en neutronen worden aan elkaar gebonden door gluonen, de dragers van de sterke wisselwerking. Binnen atoomkernen bestaat daarnaast een restkracht (de residuele sterke kracht) die protonen en neutronen bijeenhoudt; deze wordt vaak efficiënt beschreven door het uitwisselen van virtuele pionen, die zelf samengesteld zijn uit quark‑antiquarkparen die weer door gluonen bij elkaar gehouden worden.

Kort overzicht van belangrijke eigenschappen

Elk elementair deeltje wordt beschreven door enkele basisgrootheden. Drie belangrijke eigenschappen zijn massa, elektrische lading en spin. Deze eigenschappen hebben vaste waarden voor een gegeven deeltje (binnen de meetonnauwkeurigheid).

Massa: Een deeltje heeft massa als energie nodig is om zijn snelheid te veranderen of te versnellen. In de deeltjesfysica wordt massa vaak uitgedrukt in eenheden van energie, zoals MeV/c2s (megaelektronvolts gedeeld door c²). Dit volgt uit de speciale relativiteitstheorie, die energie en massa verbindt via E = mc². De meeste deeltjes in het Standaardmodel hebben niet‑nul massa; het foton wordt binnen de huidige experimentele grenzen als massaloos beschouwd. Alle deeltjes worden echter gekromd door zwaartekracht: ook massaloze deeltjes zoals fotonen volgen gebogen paden in een zwaartekrachtsveld (zie algemene relativiteit).
Elektrische lading: De elektrische lading bepaalt hoe een deeltje reageert op elektromagnetische krachten. Lading kan positief, negatief of neutraal zijn. Tegenovergestelde ladingen trekken elkaar aan; gelijke ladingen stoten elkaar af. Op korte afstanden is de elektromagnetische kracht veel sterker dan de zwaartekracht. Een elektron heeft lading −1 (in natuurlijke eenheden), een proton heeft lading +1, en een neutron is gemiddeld neutraal (lading 0). Quarks dragen fractionele ladingen van +⅔ of −⅓.
Spin: Spin is een intrinsieke vorm van hoekmomentum of 'draai'-eigenschap van een deeltje. Spinwaarden voor elementaire deeltjes zijn ofwel halftallig (bijvoorbeeld ½, zoals bij elektronen en quarks) of heel getallig (bijvoorbeeld 1, zoals bij fotonen en gluonen). Fermionen hebben halftallig spin; bosonen hebben heeltallig spin. Spin is geen letterlijk draaien van het deeltje in de klassieke zin, maar een kwantumeigenschap die belangrijk is voor het gedrag en de symmetrieën van deeltjes.

Extra toelichting en moderne ontwikkelingen

Er zijn drie 'generaties' van fermionen in het Standaardmodel: elke generatie bevat twee quarks en twee leptonen met stijgende massa's. De eerste generatie vormt de normale materie om ons heen (up- en down‑quark, elektron en elektron‑neutrino). Neutrino's bleken te oscilleren tussen soorten, wat impliceert dat ze een zeer kleine maar niet‑nul massa hebben — een belangrijke aanwijzing voor fysica buiten het klassieke Standaardmodel.

Quarks dragen naast elektrische lading ook een zogenaamde kleur‑lading (kleur is hier een kwantumeigenschap, geen visuele kleur) en kunnen nooit als individuele, vrije deeltjes worden waargenomen: dit verschijnsel heet confinemenet. De dragers van de wisselwerkingen in het Standaardmodel zijn onder meer het foton (elektromagnetisme), de gluonen (sterke kracht) en de W- en Z‑bosonen (zwakke kracht). Een mogelijke graviton als drager van zwaartekracht hoort niet bij het Standaardmodel en is nog hypothetisch.

Mede door precisie-experimenten en grote deeltjesversnellers zoals de LHC blijven natuurkundigen zoeken naar zwakke punten en uitbreidingen van het Standaardmodel (bijv. donkere materie, materie‑antimaterie asymmetrie, en kwantumzwaartekracht). Het concept van elementaire deeltjes en hun eigenschappen blijft daarbij de basis van ons begrip van de materie en de krachten in het heelal.

Standaardmodel van elementaire deeltjes. 1 GeV/c2 = 1.783x10-27 kg. 1 MeV/c2 = 1.783x10-30 kg.

Fermions

Fermionen (genoemd naar de wetenschapper Enrico Fermi) hebben een spinnummer van ½, en zijn ofwel quarks ofwel leptons. Er zijn 12 verschillende soorten fermionen (antimaterie niet inbegrepen). Elk type wordt een "smaak" genoemd. De smaken zijn:

Quarks: omhoog, omlaag, charme, vreemd, boven, onder. Quarks komen in drie paren, genaamd "generaties". De 1e generatie (boven en onder) is het lichtst en de derde (boven en onder) is het zwaarst. Een lid van elk paar (up, charme en top) heeft een lading van ⅔. Het andere lid (beneden, vreemd en onder) heeft een lading -⅓.
Leptonen: elektron, muon, tau, elektron neutrino, muon neutrino, tau neutrino. De neutrino's hebben lading 0, vandaar het neutr-voorvoegsel. De andere leptonen hebben lading -1. Elk neutrino is genoemd naar het overeenkomstige originele lepton: het elektron, muon en tauon.

Zes van de 12 fermionen zouden eeuwig meegaan: op en neer quarks, het elektron, en de drie soorten neutrino's (die constant van smaak veranderen). De andere fermionen vergaan. Dat wil zeggen dat ze een fractie van een seconde na hun ontstaan in andere deeltjes uiteenvallen. Fermi-Dirac statistieken is een theorie die beschrijft hoe verzamelingen van fermionen zich gedragen. In wezen kun je niet meer dan één fermion op dezelfde plaats tegelijk hebben.

Bosons

Bosonen, genoemd naar de Indiase natuurkundige Satyendra Nath Bose, hebben spin 1. Hoewel de meeste bosonen uit meer dan één deeltje bestaan, zijn er twee soorten elementaire bosonen:

Meetboezons: gluonen, W+en W-boezons, Z0-boezons en fotonen. Deze bosonen dragen 3 van de 4 fundamentele krachten, en hebben een spinnummer van 1;

Gluon: Lijmen zijn massaloze en chargeloze deeltjes, en ze zijn de dragers van de sterke kracht-interactie. Zij, samen met quarks, voegen zich samen om samengestelde deeltjes te maken die hadronen worden genoemd, waaronder protonen en neutronen.
W en Z bosonen: W- en Z-bosonen zijn deeltjes die de zwakke kracht dragen. Het W-boson heeft een materiedeeltje (W+) en een antimateriedeeltje (W-), terwijl het Z-boson zijn eigen anti-deeltje is. Het W-boson wordt geproduceerd in bètaverval, maar verandert vrijwel onmiddellijk in een neutrino en een elektron. De W- en Z-bosonen werden allebei ontdekt in 1983.
Foton: Fotonen zijn massaloze en chargelless deeltjes die de elektromagnetische kracht dragen. Fotonen kunnen een bepaalde frequentie hebben die bepaalt welke elektromagnetische straling ze zijn. Net als alle andere massaloze deeltjes reizen ze met de snelheid van het licht (300.000 km/s).

Higgs boson: Fysici geloven dat massale deeltjes massa hebben (dat wil zeggen, het zijn geen zuivere energiebundels zoals fotonen) vanwege de Higgs-interactie.

Het foton en de gluonen hebben geen lading, en zijn de enige elementaire deeltjes die met zekerheid een massa van 0 hebben. Het foton is het enige boson dat niet vergaat. De Bose-Einstein-statistiek is een theorie die beschrijft hoe verzamelingen van bosonen zich gedragen. In tegenstelling tot fermionen is het mogelijk om meer dan één boson in dezelfde ruimte tegelijk te hebben.

Het standaardmodel omvat alle hierboven beschreven elementaire deeltjes. Al deze deeltjes zijn in het laboratorium geobserveerd.

Het standaardmodel heeft het niet over de zwaartekracht. Als de zwaartekracht werkt zoals de drie andere fundamentele krachten, dan wordt de zwaartekracht gedragen door het hypothetische boson dat het graviton heet. Het graviton is nog niet gevonden, dus staat het niet in bovenstaande tabel.

Het eerste fermion dat ontdekt wordt, en degene waar we het meest van weten, is het elektron. Het eerste boson dat ontdekt wordt, en ook degene waar we het meest van weten, is het foton. De theorie die het meest nauwkeurig verklaart hoe het elektron, het foton, het elektromagnetisme en de elektromagnetische straling allemaal samenwerken, wordt kwantumelektrodynamica genoemd.

Vragen en antwoorden

V: Wat zijn elementaire deeltjes?

A: Elementaire deeltjes zijn deeltjes die niet uit andere deeltjes bestaan.

V: Tot hoeveel groepen behoren elementaire deeltjes?

A: Elementaire deeltjes kunnen tot twee groepen behoren, fermionen of bosonen.

V: Wat is het Standaardmodel?

A: Het Standaardmodel is de meest geaccepteerde manier om te verklaren hoe deeltjes zich gedragen en welke krachten hen beïnvloeden.

V: Hoe worden elementaire deeltjes volgens het Standaardmodel gegroepeerd?

A: Volgens het Standaard Model worden elementaire deeltjes verder gegroepeerd in quarks, leptonen en ijkbosonen, waarbij het Higgs-boson een speciale status heeft als niet-gijkboson.

V: Worden protonen en neutronen beschouwd als elementaire deeltjes?

A: Nee, protonen en neutronen worden niet beschouwd als elementaire deeltjes, omdat zij elk bestaan uit 3 quarks, waardoor zij samengestelde deeltjes zijn - wat betekent dat zij zijn opgebouwd uit andere, kleinere deeltjes.

V: Welke eigenschappen beschrijven een elementair deeltje?

A: Er zijn drie basiseigenschappen die een elementair deeltje beschrijven - massa, lading en spin - aan elke eigenschap wordt een getalwaarde toegekend.

V: Heeft de zwaartekracht invloed op alle soorten deeltjes, zelfs op die zonder massa, zoals fotonen?

A: Ja, alle soorten deeltjes, ook die zonder massa zoals fotonen, ondervinden zwaartekracht als gevolg van algemene relativiteit.

Zoek in de encyclopedie