Fisika partikel merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat partikel penyusun materi dan radiasi. Meskipun partikel-partikel tersebut tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, namun pengaruhnya sangat besar terhadap alam semesta. Bidang ini menyelidiki konstituen terkecil dari materi dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain. Memahami partikel-partikel ini dan interaksinya membantu kita memahami alam semesta dalam skala besar.
Model Standar fisika partikel adalah teori yang menjelaskan tiga dari empat gaya fundamental yang diketahui di alam semesta (interaksi elektromagnetik, lemah, dan kuat, tetapi bukan gravitasi) dan mengklasifikasikan semua partikel elementer yang diketahui. Ini membagi partikel menjadi dua kelompok utama: fermion dan boson.
Fermion adalah bahan penyusun materi. Fermion memiliki putaran setengah bilangan bulat dan mematuhi prinsip pengecualian Pauli, yang berarti tidak ada dua fermion yang dapat menempati keadaan kuantum yang sama secara bersamaan. Fermion selanjutnya diklasifikasikan menjadi lepton dan quark.
Boson adalah partikel yang membawa gaya dan mempunyai putaran bilangan bulat. Mereka tidak mematuhi prinsip pengecualian Pauli. Ada empat jenis boson dalam Model Standar:
Di alam semesta, ada empat interaksi mendasar yang mengatur perilaku semua materi dan energi. Model Standar berhasil menjelaskan tiga hal berikut:
Gravitasi, gaya keempat, belum dijelaskan oleh Model Standar. Hal ini dijelaskan oleh teori Relativitas Umum dan diyakini dimediasi oleh partikel teoretis yang dikenal sebagai graviton.
Untuk mempelajari fisika partikel, para ilmuwan menggunakan mesin besar yang disebut akselerator partikel untuk mempercepat dan menumbuk partikel dengan energi tinggi. Tabrakan ini menghasilkan partikel baru dan memungkinkan peneliti mempelajari sifat-sifat partikel tersebut.
Large Hadron Collider (LHC) di CERN dekat Jenewa, Swiss, adalah akselerator partikel terbesar dan terkuat di dunia. Itu berperan penting dalam penemuan Higgs boson.
Teori Medan Kuantum adalah kerangka teori fisika partikel. Ini menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas khusus. QFT mendeskripsikan partikel sebagai keadaan tereksitasi dari medan dasarnya. Misalnya, foton adalah eksitasi medan elektromagnetik, dan elektron adalah eksitasi medan elektron.
Untuk setiap partikel, terdapat antipartikel dengan muatan listrik berlawanan. Ketika sebuah partikel bertemu dengan antipartikelnya, mereka saling memusnahkan, menghasilkan sinar gamma. Antimateri digunakan dalam pencitraan medis dan merupakan subjek penelitian untuk memahami ketidakseimbangan antara materi dan antimateri di alam semesta.
Neutrino adalah partikel netral yang sangat ringan dan berinteraksi sangat lemah dengan materi lain. Miliaran neutrino melewati kita setiap detik, sebagian besar tanpa disadari. Neutrino berasal dari matahari dan sumber astronomi lainnya. Mereka penting untuk memahami proses bintang dan struktur alam semesta.
Fisika partikel adalah bidang menarik dan kompleks yang mengeksplorasi komponen fundamental dan kekuatan alam semesta. Melalui eksperimen menggunakan akselerator partikel seperti LHC dan kerangka teori seperti Model Standar dan Teori Medan Kuantum, para ilmuwan terus mengungkap misteri alam semesta, satu demi satu partikel.
