Что такое физика частиц?

Физика элементарных частиц - это изучение фундаментальных частиц и сил, которые их направляют. Поскольку многие из фундаментальных частиц появляются только во время релятивистских столкновений в ускорителях частиц, в разговорной речи называемых «атомными дробителями», физика элементарных частиц также известна как «физика высоких энергий». Физики с 1929 года сбрасывают частицы на огромных скоростях.

Лучшая картина физики элементарных частиц, которую мы имеем сегодня, называется Стандартной моделью, тщательно разработанной в 1970-х годах. Это была реакция на «зоопарк частиц», огромное распространение необычных фундаментальных частиц, обнаруженных во время экспериментов по физике высоких энергий в 1950-х и 1960-х годах. Окончательное число частиц составило около 31, включая 24 фермиона (кварки, электроны, нейтрино и их античастицы), 6 бозонов (один из которых, гравитон, еще не наблюдался) и одну неуловимую частицу, ответственную за свойство самой массы, которое также еще не наблюдалось, бозон Хиггса. По существу, фермионы составляют материю, а бозоны опосредуют взаимодействие между веществом. Свет, исходящий от экрана вашего компьютера, состоит из фотонов, которые являются бозонами. Они взаимодействуют с фермионами, составляющими ваше глазное яблоко.

Большая часть вещества вокруг нас состоит только из нескольких фундаментальных частиц: восходящих кварков, нижних кварков и электронов. Кроме того, 50 триллионов нейтрино малой массы текут через наши тела каждую секунду, проходя через всю Землю почти так, как если бы ее там даже не было. Нейтрино, чье название означает «маленькая нейтральная частица», настолько неуловимы, что даже не знали, что их масса была до 1998 года. Одна из новейших областей астрономии известна как нейтринная астрономия, в которой поток нейтрино от Солнца и сверхновых звезд наблюдаются с использованием огромных детекторов.

Хотя только несколько частиц в зоопарке частиц составляют вещество, с которым мы знакомы, физика элементарных частиц дает нам глубокое понимание структуры реальности, показывая нам менее распространенные варианты и то, как они объединяются в единое семейство. Можно сказать, что физика частиц ответственна за существование ядерной энергетики, ядерной медицины и ядерных бомб. Физика элементарных частиц считается одной из самых уважаемых областей науки, потому что в итоге она дает понимание, которое полезно для других областей, вроде математики.