Parçacık fiziği, maddeyi ve radyasyonu oluşturan parçacıkların doğasını inceleyen bir fizik dalıdır. Parçacıklar çıplak gözle görülmese de evren üzerindeki etkileri gerçekten devasadır. Bu alan maddenin en küçük bileşenlerini ve bunların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini araştırır. Bu parçacıkları ve onların etkileşimlerini anlamak, evreni büyük ölçekte anlamamıza yardımcı olur.
Parçacık fiziğinin Standart Modeli , evrendeki bilinen dört temel kuvvetten üçünü (elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimler, ancak yerçekimi hariç) tanımlayan ve bilinen tüm temel parçacıkları sınıflandıran bir teoridir. Parçacıkları iki ana gruba ayırır: fermiyonlar ve bozonlar.
Fermiyonlar maddenin yapı taşlarıdır. Yarım tamsayı spinleri vardır ve Pauli dışlama ilkesine uyarlar; bu, iki fermiyonun aynı anda aynı kuantum durumunu işgal edemeyeceği anlamına gelir. Fermiyonlar ayrıca leptonlar ve kuarklar olarak sınıflandırılır.
Bozonlar, kuvvetleri taşıyan ve tam sayı dönüşe sahip parçacıklardır. Pauli dışlama ilkesine uymazlar. Standart Modelde dört tür bozon vardır:
Evrende tüm madde ve enerjinin davranışını yöneten dört temel etkileşim vardır. Standart Model bunlardan üçünü başarıyla açıklamaktadır:
Dördüncü kuvvet olan yerçekimi henüz Standart Model tarafından tanımlanmamıştır. Genel Görelilik teorisi ile açıklanmaktadır ve graviton olarak bilinen teorik bir parçacığın aracılık ettiğine inanılmaktadır.
Parçacık fiziğini incelemek için bilim insanları, parçacıkları hızlandırmak ve yüksek enerjilerde çarpışmak için parçacık hızlandırıcıları adı verilen büyük makineler kullanıyor. Bu çarpışmalar yeni parçacıklar üretir ve araştırmacıların bu parçacıkların özelliklerini incelemesine olanak tanır.
İsviçre'nin Cenevre kenti yakınlarındaki CERN'de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) , dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcısıdır. Higgs bozonunun keşfinde etkili oldu.
Kuantum Alan Teorisi parçacık fiziğinin teorik çerçevesidir. Kuantum mekaniğini ve özel göreliliği birleştirir. QFT, parçacıkları temel alanlarının uyarılmış durumları olarak tanımlar. Örneğin, fotonlar elektromanyetik alanın uyarımlarıdır ve elektronlar da elektron alanının uyarımlarıdır.
Her parçacık için zıt elektrik yüküne sahip bir antiparçacık vardır. Bir parçacık antiparçacığıyla karşılaştığında birbirlerini yok ederek gama ışınları üretirler. Antimadde tıbbi görüntülemede kullanılıyor ve evrendeki madde ve antimadde arasındaki dengesizliğin anlaşılmasında araştırma konusu oluyor.
Nötrinolar, diğer maddelerle çok zayıf etkileşime giren son derece hafif, nötr parçacıklardır. Her saniye milyarlarca nötrino, çoğu fark edilmeden içimizden geçiyor. Nötrinolar güneşten ve diğer astronomik kaynaklardan gelir. Yıldız süreçlerini ve evrenin yapısını anlamak için önemlidirler.
Parçacık fiziği, evrenin temel bileşenlerini ve kuvvetlerini araştıran büyüleyici ve karmaşık bir alandır. LHC gibi parçacık hızlandırıcıları ve Standart Model ile Kuantum Alan Teorisi gibi teorik çerçeveleri kullanan deneyler aracılığıyla bilim insanları, her seferinde bir parçacık olmak üzere evrenin gizemlerini ortaya çıkarmaya devam ediyor.
