Hva er partikkelteori?

Partikkelteori er en utrolig allment troende teori om materie, som i hovedsak inneholder at materie består av små partikler som stadig er i bevegelse. Partikkelteori er domenet til partikkelfysikk, som også er kjent som høyenergifysikk, fordi mange av de mest grunnleggende partiklene vanligvis ikke forekommer i naturen, men kan genereres ved å skape ekstremt høyenergi-interaksjoner mellom partikler.

Forgjengeren til moderne partikkelteori går helt tilbake til antikkens Hellas, da filosofer på 600-tallet fvt hevdet at det var grunnleggende partikler av materie. I tusenvis av år etter dette forsvant imidlertid partikkelteori gjennom det meste av verden, med forskjellige andre teorier som dukket opp i stedet. På 1800-tallet gjorde det imidlertid et comeback, med en forsker ved navn John Dalton som foreslo en grunnleggende, udelelig partikkel som utgjorde all materie. Han kalte denne partikkelen atomet, fra det greske ordet som betydde udelelige.

På slutten av 1800-tallet hadde det imidlertid blitt tydelig at atomet faktisk ikke var udelelig, og at det var enda mindre partikler som utgjorde atomet. I løpet av 1900-tallet, og inn i det 21. århundre, ble disse partiklene delt, og nye høyenergipartikler ble oppdaget. Oppdagelsen av disse partiklene bidro til å foredle og utvide naturen til partikkelfysikk, og mye av arbeidet som gjøres i dag, har å gjøre med å generere nye partikler å observere. Dette gjøres ved å skape interaksjoner med høyt energiinnhold i partikkelakseleratorer, hvor partikler blir lansert på hverandre i utrolig høye hastigheter, i det vesentlige ødelegges i sine bestanddeler og frigjør energiske partikler som raskt spredes.

Arbeidsmodellen for partikkelteori akkurat nå er kjent som standardmodellen. Standardmodellen, selv om det ikke er en ekte samlende teori, kommer bemerkelsesverdig nær. Den adresserer tre av de fire kjente samhandlingene: de elektromagnetiske, de sterke og de svake kreftene. Den unnlater å adressere gravitasjonskraften, noe som gjør den ufullstendig, men den åpner fortsatt for en hel del omfattende forståelse av partikler og universet som helhet. Modellen inneholder tjuefire grunnleggende partikler, som utgjør materie, og målebosonene som medierer kreftene. Den spår også en type boson, Higgs boson, som er den eneste boson som ennå ikke er observert, og som forventes å bli oppdaget av Large Hadron Collider.

På et grunnleggende nivå hjelper partikkelteori med å kategorisere de tre viktigste tilstandene i saken som vi ser på en dag til dag. Partikler blir sett i forhold til hverandre, og hvor mye energi de har, noe som påvirker hvor mye de beveger seg. I en tilstand der partikler tiltrekkes sterkt til hverandre og holdes tett sammen i en tilstand der de vibrerer, men forblir relativt faste, eksisterer et fast stoff. Når det er en viss tiltrekning mellom partiklene, og de holdes noe sammen, med en relativt fri bevegelsesgrad, eksisterer det en væske. Og når det er liten tiltrekning mellom partiklene, og de kan bevege seg fritt rundt, eksisterer det en gass.