Atomaltı hissəciklər kainatın tikinti bloklarıdır, atomdan kiçik olan komponentlərdir. Onlar təbiət qanunlarını və maddənin quruluşunu başa düşmək üçün əsasdır. Bu dərs boyu biz hissəciklərin fizikasını başa düşmək üçün zəmin yaradaraq, bu hissəciklərin, onların xassələrinin və qarşılıqlı əlaqəsinin tədqiqinə başlayırıq.
Standart Model cazibə qüvvəsi istisna olmaqla, kainatda məlum olan dörd əsas qüvvədən üçünü təsvir edən və bütün məlum atomaltı hissəcikləri təsnif edən nəzəriyyədir. Bu hissəcikləri fermionlara (maddə hissəcikləri) və bozonlara (güc daşıyıcıları) təsnif edir.
Fermionlar daha sonra kvarklara və leptona bölünür, bozonlara isə fotonlar, W və Z bozonları, qluonlar və Hiqqs bozonu daxildir. Kvarklar birləşərək atom nüvələrinin komponentləri olan proton və neytronları, leptonlara isə nüvənin ətrafında dönən elektronlar daxildir.
Kvarklar altı növdə və ya "ləzzətdə" gəlir: yuxarı, aşağı, cazibədar, qəribə, yuxarı və aşağı. Onlar dörd əsas qüvvənin hamısını, o cümlədən onları proton və neytronlarda bir yerdə saxlayan güclü nüvə qüvvəsini yaşayırlar. "Rəng qapanması" adlı bir fenomenə görə kvarklara heç vaxt tək-tək rast gəlinmir; onlar cüt və ya üç qrup halında mövcuddur, protonlar (iki yuxarı kvark və bir aşağı kvark) və neytronlar (iki aşağı kvark və bir yuxarı kvark) kimi adronlar əmələ gətirirlər.
Leptonlar isə güclü nüvə qüvvəsini yaşamırlar. Elektron, atom nüvəsini əhatə edən buludda tez-tez tapılan ən məşhur leptondur. Digər leptonlar, demək olar ki, kütləsiz və maddə ilə çox zəif qarşılıqlı əlaqədə olan muon, tau və onlara uyğun neytrinoları əhatə edir.
Bozonlar əsas qüvvələrə vasitəçilik edən hissəciklərdir. Foton elektromaqnit qüvvəsinin daşıyıcısıdır, W və Z bozonları isə nüvə parçalanması proseslərindən məsul olan zəif nüvə qüvvəsinə cavabdehdir. Qluonlar proton və neytronlarda kvarkları bir yerdə saxlayaraq güclü nüvə qüvvəsini daşıyırlar. 2012-ci ildə Böyük Adron Kollayderində (LHC) kəşf edilən Hiqqs bozonu hissəciklərə kütlə verən Hiqqs sahəsi ilə əlaqələndirilir.
Standart Modeldəki hər bir hissəcik növü kütləcə eyni, lakin elektrik yükü kimi digər xüsusiyyətlərə görə əks olan müvafiq antihissəciklərə malikdir. Hissəciklər və antihissəciklər qarşılaşdıqda, onlar öz kütlələrini Eynşteyn tənliyinə uyğun olaraq enerjiyə çevirərək məhv olurlar, \(E = mc^2\) , burada \(E\) enerji, \(m\) kütlə və \(c\) işıq sürətidir.
Atomaltı hissəciklər haqqında anlayışımızda bir neçə təcrübə əsas rol oynamışdır:
QCD, kvarklar və qluonlar arasında fəaliyyət göstərən dörd əsas qüvvədən biri olan güclü nüvə qüvvəsini izah edən nəzəriyyədir. Bu, kvarkların "rəng yükü" adlı bir xüsusiyyət daşıdığını və eyni zamanda rəng yükü daşıyan qluonların mübadiləsinin güclü qüvvəyə vasitəçilik etdiyini irəli sürür. Kvarklar yaxınlaşdıqca güclü qüvvənin gücü azalır, bu xüsusiyyət "asimptotik azadlıq" kimi tanınır.
Elektrozəif nəzəriyyə elektromaqnit və zəif nüvə qüvvələrini vahid çərçivədə birləşdirir. Bu, yüksək enerji səviyyələrində (məsələn, Böyük Partlayışdan dərhal sonra) bu iki qüvvənin necə davrandığını izah edir. Nəzəriyyə W və Z bozonlarının mövcudluğunu proqnozlaşdırır, sonradan eksperimental olaraq təsdiqlənir.
Müvəffəqiyyətinə baxmayaraq, Standart Model tam deyil. Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə təsvir edilən cazibə qüvvəsini özündə birləşdirmir və ya kainatın böyük hissəsini təşkil edən qaranlıq maddə və qaranlıq enerjini izah etmir. Supersimmetriya və sim nəzəriyyəsi kimi nəzəriyyələr bu sirləri həll etmək üçün yeni hissəciklər və konsepsiyalar təqdim edərək Standart Modelə genişlənmələr təklif edir.
Nəticə olaraq, maddənin ən əsas komponentləri olan subatom hissəcikləri kainatın quruluşunu və onu formalaşdıran əsas qüvvələri anlamaq üçün ayrılmazdır. Standart Model kimi nəzəri çərçivələr və əsaslı təcrübələr vasitəsilə bu hissəciklərin tədqiqi kosmos haqqında biliklərimizə meydan oxumağa və genişləndirməyə davam edir.
