Фізика елементарних частинок — це розділ фізики, який вивчає природу частинок, що утворюють речовину та випромінювання. Хоча частинки не видно неозброєним оком, їхній вплив на Всесвіт справді колосальний. Ця галузь досліджує найдрібніші складові матерії та те, як вони взаємодіють одна з одною. Розуміння цих частинок та їх взаємодії допомагає нам зрозуміти Всесвіт у великому масштабі.
Стандартна модель фізики елементарних частинок — це теорія, яка описує три з чотирьох відомих фундаментальних сил у Всесвіті (електромагнітну, слабку та сильну взаємодію, але не гравітацію) і класифікує всі відомі елементарні частинки. Він поділяє частинки на дві основні групи: ферміони та бозони.
Ферміони є будівельними блоками матерії. Вони мають напівцілий спін і підкоряються принципу виключення Паулі, що означає, що жодні ферміони не можуть перебувати в одному квантовому стані одночасно. Ферміони далі класифікуються на лептони та кварки.
Бозони - це частинки, які переносять сили і мають цілий спін. Вони не підкоряються принципу виключення Паулі. У Стандартній моделі є чотири типи бозонів:
У Всесвіті існують чотири фундаментальні взаємодії, які керують поведінкою всієї матерії та енергії. Стандартна модель успішно пояснює три з них:
Гравітація, четверта сила, ще не описана Стандартною моделлю. Це пояснюється теорією загальної відносності та, як вважають, опосередковується теоретичною частинкою, відомою як гравітон.
Щоб вивчати фізику елементарних частинок, вчені використовують великі машини, які називаються прискорювачами частинок, щоб прискорювати та зіштовхувати частинки при високих енергіях. Ці зіткнення створюють нові частинки та дозволяють дослідникам вивчати властивості цих частинок.
Великий адронний колайдер (LHC) у CERN поблизу Женеви, Швейцарія, є найбільшим і найпотужнішим у світі прискорювачем частинок. Він зіграв важливу роль у відкритті бозона Хіггса.
Квантова теорія поля є теоретичною основою фізики елементарних частинок. Він поєднує в собі квантову механіку і спеціальну теорію відносності. КТП описує частинки як збуджені стани їх основних полів. Наприклад, фотони є збудженнями електромагнітного поля, а електрони – збудженнями електронного поля.
Для кожної частинки існує античастинка з протилежним електричним зарядом. Коли частинка зустрічається зі своєю античастинкою, вони анігілюють одна одну, створюючи гамма-промені. Антиматерія використовується в медичній візуалізації та є предметом дослідження для розуміння дисбалансу між матерією та антиматерією у Всесвіті.
Нейтрино - це надзвичайно легкі нейтральні частинки, які дуже слабо взаємодіють з іншою матерією. Мільярди нейтрино проходять через нас щосекунди, здебільшого непоміченими. Нейтрино походять від Сонця та інших астрономічних джерел. Вони важливі для розуміння зоряних процесів і структури Всесвіту.
Фізика елементарних частинок — це захоплююча та складна галузь, яка досліджує фундаментальні компоненти та сили Всесвіту. Завдяки експериментам із використанням прискорювачів частинок, таких як LHC, і теоретичних основ, таких як Стандартна модель і Квантова теорія поля, вчені продовжують розкривати таємниці Всесвіту, одну частинку за одною.
