Co to jest teoria cząstek?
Teoria cząstek jest niezwykle rozpowszechnioną teorią materii, która utrzymuje, że materia składa się z małych cząstek, które ciągle się poruszają. Teoria cząstek jest domeną fizyki cząstek, która jest również znana jako fizyka wysokich energii, ponieważ wiele najbardziej podstawowych cząstek zasadniczo nie występuje w przyrodzie, ale można je wytworzyć poprzez tworzenie interakcji o bardzo wysokiej energii między cząsteczkami.
Poprzednik współczesnej teorii cząstek sięga starożytnej Grecji, kiedy filozofowie w VI wieku pne twierdzili, że istnieją fundamentalne cząstki materii. Jednak po tysiącach lat teoria cząstek zniknęła w większości świata, a zamiast tego pojawiły się różne inne teorie. Jednak w XIX wieku powrócił, a naukowiec o nazwisku John Dalton zaproponował fundamentalną, niepodzielną cząsteczkę składającą się z całej materii. Nazwał tę cząsteczkę atomem, od greckiego słowa oznaczającego niepodzielne.
Pod koniec XIX wieku stało się jednak oczywiste, że atom nie był w rzeczywistości niepodzielny i że istniały jeszcze mniejsze cząsteczki, które tworzyły atom. W XX wieku i do XXI wieku cząsteczki te zostały podzielone i odkryto nowe cząstki o wysokiej energii. Odkrycie tych cząstek pomogło udoskonalić i rozwinąć naturę fizyki cząstek, a znaczna część pracy wykonanej dzisiaj wiąże się z generowaniem nowych cząstek do obserwacji. Odbywa się to poprzez tworzenie interakcji o bardzo wysokiej energii w akceleratorach cząstek, w których cząstki są uruchamiane względem siebie z niewiarygodnie dużymi prędkościami, zasadniczo rozpadając się na części składowe i uwalniając cząstki energetyczne, które szybko się rozpraszają.
Działający model teorii cząstek jest obecnie znany jako model standardowy. Model standardowy, choć nie jest prawdziwą teorią unifikacyjną, jest niezwykle bliski. Odnosi się do trzech z czterech znanych interakcji: sił elektromagnetycznych, sił silnych i słabych. Nie odnosi się do siły grawitacji, co czyni ją niekompletną, ale nadal pozwala na bardzo szerokie zrozumienie cząstek i wszechświata jako całości. Model zawiera dwadzieścia cztery podstawowe cząstki, które tworzą materię, oraz bozony miernicze, które pośredniczą w siłach. Przewiduje także rodzaj bozonu, bozonu Higgsa, który jest jedynym bozonem, którego jeszcze nie zaobserwowano, i który ma zostać wykryty przez Wielki Zderzacz Hadronów.
Na poziomie podstawowym teoria cząstek pomaga kategoryzować trzy główne stany materii, które widzimy na poziomie dnia codziennego. Cząstki są postrzegane w relacji do siebie oraz ilości energii, którą mają, co wpływa na ich ruch. W stanie, w którym cząstki są silnie przyciągane do siebie i są trzymane mocno w stanie, w którym wibrują, ale pozostają względnie nieruchome, istnieje ciało stałe. Kiedy cząstki przyciągają się i są one utrzymywane nieco razem, przy względnie swobodnym stopniu ruchu, istnieje ciecz. A kiedy cząstki są mało przyciągane i mogą się swobodnie poruszać, istnieje gaz.