Vad är partikelteori?

Partikelteori är en otroligt allmänt trolig teori om materien, som i huvudsak innehåller att materien består av små partiklar som ständigt rör sig. Partikelteori är domänen för partikelfysik, som också kallas högenergifysik, eftersom många av de mest grundläggande partiklarna vanligtvis inte förekommer i naturen, men kan genereras genom att skapa extremt högenergiska interaktioner mellan partiklar.

Föregångaren till modern partikelteori går tillbaka till antikens Grekland, då filosofer under 600-talet f. Kr. Ansåg att det fanns grundläggande partiklar av materia. Under tusentals år efter detta försvann emellertid partikelteorin genom större delen av världen, med olika andra teorier som dyker upp istället. På 1800-talet gjorde det emellertid ett comeback, där en forskare vid namn John Dalton föreslog en grundläggande, odelbar partikel som bestod av allt. Han namngav denna partikel atom, från det grekiska ordet som betydde odelbar.

I slutet av 1800-talet hade det dock blivit uppenbart att atomen i själva verket inte var odelbar, och att det fanns ännu mindre partiklar som utgjorde atomen. Under 1900-talet och in i 2000-talet delades dessa partiklar upp och nya högenergipartiklar upptäcktes. Upptäckten av dessa partiklar hjälpte till att förfina och utvidga naturen hos partikelfysik, och en hel del av det arbete som gjorts idag har att göra med att generera nya partiklar att observera. Detta görs genom att skapa mycket högenergiinteraktioner i partikelacceleratorer, där partiklar lanseras vid varandra med otroligt hög hastighet, väsentligen krossas i sina beståndsdelar och släpper energiska partiklar som snabbt sprids.

Den fungerande modellen för partikelteori just nu kallas standardmodellen. Standardmodellen, även om det inte är en sann Unifying Theory, kommer anmärkningsvärt nära. Den tar upp tre av de fyra kända interaktioner: de elektromagnetiska, de starka och de svaga krafterna. Den misslyckas med att hantera gravitationskraften, vilket gör den ofullständig, men den möjliggör fortfarande en hel del omfattande förståelse av partiklar och universum som helhet. Modellen innehåller tjugofyra grundläggande partiklar, som utgör materia, och mätningsbosonerna som medlar krafterna. Den förutsäger också en typ av boson, Higgs boson, som är den enda boson som ännu inte har observerats, som förväntas bli upptäckt av Large Hadron Collider.

På en grundnivå hjälper partikelteorin att kategorisera de tre huvudsakliga tillstånden av materia som vi ser på en dag till dag-nivå. Partiklarna ses i förhållande till varandra och mängden energi de har, vilket påverkar hur mycket de rör sig. I ett tillstånd där partiklar dras starkt till varandra och hålls tätt tillsammans i ett tillstånd där de vibrerar men förblir relativt fixerade finns ett fast material. När det finns en viss attraktion mellan partiklarna, och de hålls något samman, med en relativt fri rörelsegrad, finns en vätska. Och när det finns liten attraktion mellan partiklarna, och de kan röra sig fritt, finns det en gas.