ฟิสิกส์ของอนุภาค เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาธรรมชาติของอนุภาคที่ประกอบเป็นสสารและรังสี แม้ว่าอนุภาคจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่ผลกระทบของมันมีขนาดมหึมาต่อจักรวาลอย่างแท้จริง ฟิลด์นี้จะศึกษาองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสารและวิธีที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กัน การทำความเข้าใจอนุภาคเหล่านี้และปฏิสัมพันธ์ของพวกมันช่วยให้เราเข้าใจจักรวาลในวงกว้าง
แบบจำลองมาตรฐาน ของฟิสิกส์อนุภาคเป็นทฤษฎีที่อธิบายแรงพื้นฐานสามในสี่แรงที่รู้จักในจักรวาล (ปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้า ความอ่อน และแรง แต่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง) และจำแนกอนุภาคมูลฐานที่รู้จักทั้งหมด มันแบ่งอนุภาคออกเป็นสองกลุ่มหลัก: เฟอร์มิออน และ โบซอน
เฟอร์มิออนเป็นส่วนประกอบสำคัญของสสาร พวกมันมี การหมุนแบบครึ่งจำนวนเต็ม และปฏิบัติตามหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งหมายความว่าไม่มีเฟอร์มิออนสองตัวที่สามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้ เฟอร์มิออนยังถูกจำแนกออกเป็นเลปตันและควาร์กอีกด้วย
โบซอนเป็นอนุภาคที่มีแรงและหมุนเป็นจำนวนเต็ม พวกเขาไม่ปฏิบัติตามหลักการกีดกันของเปาลี โบซอนในแบบจำลองมาตรฐานมีสี่ประเภท:
ในจักรวาลมีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประการที่ควบคุมพฤติกรรมของสสารและพลังงานทั้งหมด โมเดลมาตรฐานสามารถอธิบายสามสิ่งนี้ได้สำเร็จ:
แรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นแรงที่สี่ยังไม่ได้อธิบายไว้ในแบบจำลองมาตรฐาน อธิบายได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และเชื่อกันว่ามีอนุภาคทางทฤษฎีที่เรียกว่ากราวิตอนเป็นตัวกลาง
ในการศึกษาฟิสิกส์ของอนุภาค นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องจักรขนาดใหญ่ที่เรียกว่า เครื่องเร่งอนุภาค เพื่อเร่งความเร็วและชนอนุภาคด้วยพลังงานสูง การชนเหล่านี้ก่อให้เกิดอนุภาคใหม่และช่วยให้นักวิจัยสามารถศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคเหล่านี้ได้
เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) ที่ CERN ใกล้เมืองเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ถือเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดในโลก มีส่วนสำคัญในการค้นพบฮิกส์โบซอน
ทฤษฎีสนามควอนตัมเป็นกรอบทางทฤษฎีของฟิสิกส์อนุภาค เป็นการผสมผสานกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ QFT อธิบายอนุภาคว่าเป็นสถานะที่ตื่นเต้นของสาขาที่ซ่อนอยู่ ตัวอย่างเช่น โฟตอนคือการกระตุ้นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และอิเล็กตรอนคือการกระตุ้นของสนามอิเล็กตรอน
สำหรับทุกอนุภาค จะมีปฏิภาคที่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม เมื่ออนุภาคมาพบกับปฏิปักษ์ของมัน พวกมันจะทำลายล้างซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดรังสีแกมมา ปฏิสสารถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์และเป็นหัวข้อของการวิจัยเพื่อทำความเข้าใจความไม่สมดุลระหว่างสสารและปฏิสสารในจักรวาล
นิวตริโนเป็นอนุภาคที่เบามากและเป็นกลางซึ่งมีปฏิกิริยากับสสารอื่นได้น้อยมาก นิวตริโนนับพันล้านเคลื่อนผ่านเราทุกวินาที โดยส่วนใหญ่ไม่มีใครสังเกตเห็น นิวตริโนมาจากดวงอาทิตย์และแหล่งทางดาราศาสตร์อื่นๆ สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกระบวนการของดวงดาวและโครงสร้างของจักรวาล
ฟิสิกส์ของอนุภาคเป็นสาขาที่น่าสนใจและซับซ้อนที่จะสำรวจองค์ประกอบพื้นฐานและพลังของจักรวาล ด้วยการทดลองโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค เช่น LHC และกรอบทางทฤษฎี เช่น แบบจำลองมาตรฐาน และทฤษฎีสนามควอนตัม นักวิทยาศาสตร์ยังคงค้นพบความลึกลับของจักรวาลต่อไปทีละอนุภาค
