Fizika čestica je grana fizike koja proučava prirodu čestica koje čine materiju i zračenje. Iako čestice nisu vidljive golim okom, njihovi su učinci na svemir doista kolosalni. Ovo polje istražuje najmanje sastojke materije i kako oni međusobno djeluju. Razumijevanje tih čestica i njihovih međudjelovanja pomaže nam da razumijemo svemir u velikoj mjeri.
Standardni model fizike čestica je teorija koja opisuje tri od četiri poznate fundamentalne sile u svemiru (elektromagnetske, slabe i jake interakcije, ali ne i gravitaciju) i klasificira sve poznate elementarne čestice. Dijeli čestice u dvije glavne skupine: fermione i bozone.
Fermioni su građevni blokovi materije. Imaju polucijeli spin i poštuju Paulijevo načelo isključenja, što znači da dva fermiona ne mogu zauzimati isto kvantno stanje istovremeno. Fermioni se dalje klasificiraju na leptone i kvarkove.
Bozoni su čestice koje nose sile i imaju cjelobrojni spin. Oni ne poštuju Paulijevo načelo isključenja. U Standardnom modelu postoje četiri vrste bozona:
U svemiru postoje četiri temeljne interakcije koje upravljaju ponašanjem sve materije i energije. Standardni model uspješno objašnjava tri od njih:
Gravitacija, četvrta sila, još nije opisana standardnim modelom. Objašnjava se općom teorijom relativnosti i vjeruje se da je posredovana teoretskom česticom poznatom kao graviton.
Za proučavanje fizike čestica znanstvenici koriste velike strojeve koji se nazivaju akceleratorima čestica za ubrzavanje i sudaranje čestica pri visokim energijama. Ovi sudari proizvode nove čestice i omogućuju istraživačima proučavanje svojstava tih čestica.
Veliki hadronski sudarač (LHC) u CERN-u u blizini Ženeve u Švicarskoj najveći je i najsnažniji akcelerator čestica na svijetu. Bio je ključan u otkriću Higgsovog bozona.
Kvantna teorija polja je teorijski okvir fizike čestica. Kombinira kvantnu mehaniku i specijalnu teoriju relativnosti. QFT opisuje čestice kao pobuđena stanja njihovih temeljnih polja. Na primjer, fotoni su pobude elektromagnetskog polja, a elektroni pobude elektronskog polja.
Za svaku česticu postoji antičestica suprotnog električnog naboja. Kada se čestica susretne sa svojom antičesticom, one se poništavaju, proizvodeći gama zrake. Antimaterija se koristi u medicinskim slikama i predmet je istraživanja u razumijevanju neravnoteže između materije i antimaterije u svemiru.
Neutrini su izuzetno lagane, neutralne čestice koje vrlo slabo djeluju na drugu materiju. Svake sekunde kroz nas prolaze milijarde neutrina, uglavnom neprimjećeni. Neutrini dolaze od sunca i drugih astronomskih izvora. Oni su važni za razumijevanje zvjezdanih procesa i strukture svemira.
Fizika čestica je fascinantno i složeno područje koje istražuje temeljne komponente i sile svemira. Kroz eksperimente koji koriste akceleratore čestica kao što je LHC i teorijske okvire kao što su standardni model i kvantna teorija polja, znanstvenici nastavljaju otkrivati misterije svemira, jednu po jednu česticu.
