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La liste des particules élémentaires ne s’arrêtait pourtant pas à ces
constituants de la matière. Elle incluait aussi les particules messagères qui
transportaient dans l’espace les forces fondamentales de la nature, res-
pectivement qualifiées de gravitationnelle, électrofaible, et forte. Quand
deux objets interagissaient sous l’effet de ces forces, ils échangeaient des
particules messagères. La Terre et la Lune, par exemple, liées par l’attrac-
tion gravitationnelle, échangeaient des gravitons. Un aimant et un mor-
ceau de fer échangeaient des photons, particules messagères de la force
électromagnétique. Au cours des processus régulés par les interactions
faibles, les objets impliqués communiquaient par l’intermédiaire de trois
particules, appelées bosons intermédiaires. Enfin, les trois quarks qui for-
maient un proton étaient collés l’un à l’autre grâce à l’échange continu de
gluons, les particules messagères de l’interaction forte.
Pour mieux étudier les relations et les interactions entre toutes ces
particules sub-atomiques, il a donc paru utile de les classer sur la base de
leurs principales caractéristiques, telles que la masse atomique, la charge
électrique, et le spin. Pour la masse d’une particule, variant selon son état
de mouvement, on a pris comme référence sa masse au repos.
Ce qui n’a pas été simple, car s’il existait des particules relativement
lourdes, comme la particule tau, dont la masse de repos était de 1850
MeV, il y avait aussi d’autres particules, telles que le photon, dont la
masse au repos était théoriquement nulle (égale à zéro). Or, même si cela
pouvait sembler paradoxal, ces particules-photons n’étaient jamais réel-
lement au repos, car leur masse nulle impliquait qu’elles se mouvaient
toujours à la vitesse de la lumière, selon la théorie de la relativité.
En ce qui concerne les charges électriques, pour les calculer utilement
malgré ces incertitudes, la charge unitaire a été fixée par convention
comme égale à celle de l’électron, à laquelle on a assigné une valeur né-
gative (-1). La charge électrique effective était par conséquent toujours
un multiple entier de cette valeur unitaire.
Quant au spin des particules, il pouvait prendre théoriquement des
valeurs multiples de 1/2. C’est ainsi que le photon avait un spin 0, l’élec-
tron, le proton et le neutron un spin 1/2, et il existait des particules ayant
un spin 3/2. Selon cette valeur théorique du spin, on a opéré une division
fondamentale des particules en deux classes. D’une part les particules
ayant un spin entier (0, 1 ou 2), qui ont été appelées bosons, du nom du
physicien indien Satyendranath Bose (1894-1974); et d’autre part, les par-
ticules caractérisées par un spin semi-entier (1/2 ou 3/2), qui ont été ap-
pelées fermions, du nom du physicien Enrico Fermi.

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