Massa
La massa per una particella stabile a riposo è costante. Nella fisica delle particelle le masse sono misurate in unità energetiche, come il MeV (megaelettronvolt) o il GeV (gigaelettronvolt), poichè, in senso relativistico, le masse sono equivalenti alle energie.
Alcune particelle, come il fotone, i neutrini e il gravitone, sono prive di massa, o a loro massa è sicuramente inferiore ad un certo limite (circa 50000 volte più piccola dell’ elettrone, la più leggera delle particelle dotate di massa). L’ esistenza di queste particelle è giustificato dal fatto che esse si muovono sempre alla velocità della luce, limite assoluto della relatività einsteniana. Ovviamente, queste particelle prive di massa sono anche caratterizzate da una stabilità assoluta: è infatti impossibile che esse decadano in particelle con massa inferiore.
La massa è stato il parametro più tradizionale per raggruppare le particelle, divise in leptoni, mesoni e barioni, dai più leggeri ai più pesanti. Questa distinzione, alla luce delle nuove scoperte, è ormai completamante superata. Se si considera il leptone tau, che ha una massa tra 1700 e 1800 MeV, cioè doppia di quella del protone, si vede come un crierio basato sulla sola massa non è più corretto per classificare le particelle.
Carica
La più piccola carica attualmente esistente è quella dell’ elettrone, chiamata 'quanto elementare di carica', e tutte le particelle note, o sono neutre, o possiedono la stessa quantità di carica dell’ elettrone, a parte il segno positivo o negativo.
Non si conosce alcun processo per il quale la carica non si conserva e non si esclude la possibilità teorica di un ulteriore frazionamento della carica elettronica.
Spin
L’ idea di spin, introdotta da Pauli nel 1924, può essere spiegata immaginando che ogni particella possa ruotare attorno ad un proprio asse ipotetico, con un certa velocità, che diventa una caratteristica della particella stessa.
Lo spin viene fornito in termini di momento angolare, dipendente dalla velocità di rotazione, dalla massa e dalla cinematica dell’ oggetto rotante. Esso può assumere solo valori discreti, interi (0, 1,...) o semi-interi (1/2, 3/2, ...).
Questo fatto porta ad una più generale suddivisione delle particelle: i
bosoni sono tutte quelle particelle con un valore intero di spin, mentre dei fermioni fanno parte le particelle con valori semi-interi di spin.Le due classi hanno comportamenti assai diversi. I fermioni sono sottoposti al
Principio di Esclusione di Pauli e non possono esistere nel medesimo stato con gli stessi numeri quantici, mentre per i bosoni è fisicamente possibile pensare ad uno stato energetico con un numero qualsiasi di elementi identici.Vita media
La vita media di una particella si può definire come l' intervallo di tempo medio, misurato con un orologio che viaggi con la particella, fra la produzione e il decadimento spontaneo della particella in altre di massa minore.
Sono dette instabili quelle particelle con vita media finita e misurabile (con le tecniche attualmante a disposizione), e stabili invece quelle particelle con vita media infinita, o maggiore di alcuni ordini di grandezza all' età della terra.
Quando una particella instabile decade in una particella meno massiva più una particella mediatrice (un gluone o un bosone W/Z), quest' ultima a sua volta decade in una particella ad altissima energia che quasi istantaneamente si trasforma in una particella a bassa energia. La particella ad alta energia, cartterizzata da una vita brevissima, è una particella virtuale. Essa sembra violare la legge di conservazione dell' energia, ma in realtà, per il
Principio d' Indeterminazione di Heisenberg, essendo il processo brevissimo, l'indeterminazione energetica è molto grande.Quindi, queste particelle virtuali esistono proprio perchè hanno una vita così breve: esse "sfuggono alla realtà". L' energia nel processo viene conservata, essendo quella iniziale identica a quella di fine decadimento.