Ang mga subatomic na particle ay ang mga bloke ng gusali ng uniberso, mga sangkap na mas maliit kaysa sa isang atom. Mahalaga ang mga ito sa pag-unawa sa mga batas ng kalikasan at sa istruktura ng bagay. Sa buong araling ito, sinisimulan natin ang paggalugad ng mga particle na ito, ang kanilang mga katangian, at kung paano sila nakikipag-ugnayan, na naglalagay ng batayan para sa pag-unawa sa pisika ng particle.
Ang Standard Model ay ang teoryang naglalarawan sa tatlo sa apat na kilalang pangunahing pwersa sa uniberso, hindi kasama ang gravity, at inuuri ang lahat ng kilalang subatomic na particle. Ikinategorya nito ang mga particle na ito sa mga fermion (mga particle ng bagay) at boson (mga tagapagdala ng puwersa).
Ang mga fermion ay nahahati pa sa mga quark at lepton, habang ang mga boson ay kinabibilangan ng mga photon, W at Z boson, gluon, at ang Higgs boson. Ang mga quark ay pinagsama upang bumuo ng mga proton at neutron, ang mga bahagi ng atomic nuclei, habang ang mga lepton ay kinabibilangan ng mga electron, na umiikot sa nucleus.
Ang mga quark ay may anim na uri o "lasa": pataas, pababa, kagandahan, kakaiba, itaas, at ibaba. Nararanasan nila ang lahat ng apat na pangunahing pwersa, kabilang ang malakas na puwersang nuklear na humahawak sa kanila sa loob ng mga proton at neutron. Ang mga quark ay hindi kailanman matatagpuan sa paghihiwalay dahil sa isang phenomenon na tinatawag na "color confinement"; umiiral sila sa pares o sa mga grupo ng tatlo, na bumubuo ng mga hadron tulad ng mga proton (dalawang pataas na quark at isang pababang quark) at mga neutron (dalawang pababang quark at isang pataas na quark).
Ang Lepton, sa kabilang banda, ay hindi nakararanas ng malakas na puwersang nuklear. Ang electron ay ang pinakakilalang lepton, kadalasang matatagpuan sa ulap na nakapalibot sa atomic nucleus. Kasama sa iba pang mga lepton ang muon, tau, at ang kanilang mga katumbas na neutrino, na halos walang mass at napakahinang nakikipag-ugnayan sa bagay.
Ang mga boson ay mga particle na namamagitan sa mga pangunahing pwersa. Ang photon ay ang carrier ng electromagnetic force, habang ang W at Z boson ay responsable para sa mahinang nuclear force, na responsable para sa mga proseso ng nuclear decay. Ang mga gluon ay nagdadala ng malakas na puwersang nuklear, na pinagsasama-sama ang mga quark sa loob ng mga proton at neutron. Ang Higgs boson, na natuklasan noong 2012 sa Large Hadron Collider (LHC), ay nauugnay sa Higgs field, na nagbibigay ng masa sa mga particle.
Ang bawat uri ng particle sa Standard Model ay may katumbas na antiparticle, magkapareho sa masa ngunit kabaligtaran sa iba pang mga katangian tulad ng electric charge. Kapag nagtagpo ang mga particle at antiparticle, nalipol ang mga ito, na ginagawang enerhiya ang kanilang masa ayon sa equation ni Einstein, \(E = mc^2\) , kung saan ang \(E\) ay enerhiya, \(m\) ay masa, at \(c\) ay ang bilis ng liwanag.
Maraming mga eksperimento ang naging mahalaga sa aming pag-unawa sa mga subatomic na particle:
Ang QCD ay ang teorya na nagpapaliwanag ng malakas na puwersang nuklear, isa sa apat na pangunahing pwersa, na tumatakbo sa pagitan ng mga quark at gluon. Ipinapalagay nito na ang mga quark ay nagdadala ng isang ari-arian na tinatawag na "color charge" at ang pagpapalitan ng mga gluon, na nagdadala rin ng color charge, ay namamagitan sa malakas na puwersa. Bumababa ang lakas ng malakas na puwersa habang papalapit ang mga quark, isang ari-arian na kilala bilang "asymptotic freedom".
Pinag-iisa ng electroweak theory ang electromagnetic at mahinang nuclear forces sa isang solong balangkas. Ipinapaliwanag nito kung paano, sa mataas na antas ng enerhiya (tulad ng mga kasunod kaagad ng Big Bang), ang dalawang puwersang ito ay kumikilos bilang isa. Ang teorya ay hinuhulaan ang pagkakaroon ng W at Z boson, sa kalaunan ay nakumpirma sa eksperimento.
Sa kabila ng tagumpay nito, hindi kumpleto ang Standard Model. Hindi nito isinasama ang gravity, na inilarawan ng teorya ng pangkalahatang relativity, o ipinapaliwanag ang dark matter at dark energy na bumubuo sa karamihan ng uniberso. Ang mga teorya tulad ng supersymmetry at string theory ay nagmumungkahi ng mga extension sa Standard Model, na nagpapakilala ng mga bagong particle at konsepto sa pagtatangkang tugunan ang mga misteryong ito.
Sa konklusyon, ang mga subatomic na particle, ang pinakapangunahing bahagi ng bagay, ay mahalaga sa pag-unawa sa istruktura ng uniberso at ang pinagbabatayan na pwersa na humuhubog dito. Ang pag-aaral ng mga particle na ito, sa pamamagitan ng theoretical frameworks tulad ng Standard Model at groundbreaking na mga eksperimento, ay patuloy na hinahamon at pinalawak ang ating kaalaman sa cosmos.
