فيزياء الجسيمات هي فرع من فروع الفيزياء يدرس طبيعة الجسيمات التي تشكل المادة والإشعاع. وعلى الرغم من أن الجسيمات غير مرئية بالعين المجردة، إلا أن آثارها هائلة بالفعل على الكون. يبحث هذا المجال في أصغر مكونات المادة وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض. إن فهم هذه الجسيمات وتفاعلاتها يساعدنا على فهم الكون على نطاق واسع.
النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات هو نظرية تصف ثلاث من القوى الأساسية الأربع المعروفة في الكون (التفاعلات الكهرومغناطيسية، والضعيفة، والقوية، ولكن ليس الجاذبية) وتصنف جميع الجسيمات الأولية المعروفة. يقسم الجسيمات إلى مجموعتين رئيسيتين: الفرميونات والبوزونات.
الفرميونات هي اللبنات الأساسية للمادة. لديهم دوران نصف صحيح ويتبعون مبدأ استبعاد باولي، وهو ما يعني أنه لا يمكن لفرميونات أن تشغل نفس الحالة الكمومية في وقت واحد. يتم تصنيف الفرميونات أيضًا إلى لبتونات وكواركات.
البوزونات هي جسيمات تحمل قوى ولها دوران صحيح. إنهم لا يطيعون مبدأ استبعاد باولي. هناك أربعة أنواع من البوزونات في النموذج القياسي:
في الكون، هناك أربعة تفاعلات أساسية تحكم سلوك كل المادة والطاقة. يشرح النموذج القياسي بنجاح ثلاثة من هذه:
الجاذبية، القوة الرابعة، لم يتم وصفها بعد في النموذج القياسي. يتم تفسيره من خلال النظرية النسبية العامة ويعتقد أنه يتوسطه جسيم نظري يعرف بالجرافيتون.
لدراسة فيزياء الجسيمات، يستخدم العلماء آلات كبيرة تسمى مسرعات الجسيمات لتسريع الجسيمات وتصادمها عند الطاقات العالية. وتنتج هذه الاصطدامات جسيمات جديدة وتسمح للباحثين بدراسة خصائص هذه الجسيمات.
يعد مصادم الهادرونات الكبير (LHC) الموجود في CERN بالقرب من جنيف، سويسرا، أكبر وأقوى مسرع للجسيمات في العالم. وكان له دور فعال في اكتشاف بوزون هيغز.
نظرية المجال الكمي هي الإطار النظري لفيزياء الجسيمات. فهو يجمع بين ميكانيكا الكم والنسبية الخاصة. يصف QFT الجسيمات بأنها حالات مثارة لحقولها الأساسية. على سبيل المثال، الفوتونات هي إثارات للمجال الكهرومغناطيسي، والإلكترونات هي إثارات للمجال الإلكتروني.
لكل جسيم يوجد جسيم مضاد له شحنة كهربائية معاكسة. عندما يلتقي جسيم مع جسيمه المضاد، فإنهما يفنيان بعضهما البعض، منتجين أشعة جاما. تُستخدم المادة المضادة في التصوير الطبي وهي موضوع بحث لفهم الخلل بين المادة والمادة المضادة في الكون.
النيوترينوات هي جسيمات خفيفة للغاية ومحايدة وتتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المواد الأخرى. تمر مليارات النيوترينوات عبرنا كل ثانية، دون أن يلاحظها أحد في الغالب. تأتي النيوترينوات من الشمس ومن مصادر فلكية أخرى. إنها مهمة لفهم العمليات النجمية وبنية الكون.
فيزياء الجسيمات هي مجال رائع ومعقد يستكشف المكونات والقوى الأساسية للكون. من خلال التجارب التي تستخدم مسرعات الجسيمات مثل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) والأطر النظرية مثل النموذج القياسي ونظرية المجال الكمي، يواصل العلماء الكشف عن أسرار الكون، جسيمًا واحدًا في كل مرة.
