Partikelfysik: studiet av materiens minsta byggstenar

Partiklar kan bära grundläggande krafter. Den elektromagnetiska kraften bärs till exempel av fotoner. De fyra grundläggande krafterna är ansvariga för nästan allt inom fysiken. Dessa grundläggande krafter är gravitation, elektromagnetism, den svaga växelverkan och den starka växelverkan.

Ett av de viktigaste begreppen inom partikelfysiken kallas standardmodellen. Standardmodellen är en teori som försöker förklara de grundläggande krafterna. Standardmodellen i kombination med den allmänna relativitetsteorin är för närvarande den mest accepterade förklaringen till hur universum fungerar.

Standardmodellen är känd för att ha problem. Den förklarar till exempel tre av de fyra krafterna mycket väl, men den kan inte förklara gravitationen. Därför måste den allmänna relativitetsteorin, en annan teori som förklarar varifrån gravitationen kommer, inkluderas för att fysikerna ska kunna förklara universum. Det pågår mycket arbete för att förbättra teorin och/eller hitta en bättre teori. Detta arbete kallas ofta teoretisk partikelfysik eftersom det handlar om att bygga upp bättre teorier om partiklar. Teoretiska partikelfysiker skapar teorier för att försöka förbättra standardmodellen. Ett exempel på detta är att det finns många teorier som förutspår oupptäckta partiklar.

Fysiker tar reda på partiklar genom att studera kollisioner mellan olika partiklar. Ett bra exempel på hur fysiker studerar partiklar genom kollisioner är bilolyckan. Tänk dig att en person vill titta in i bilar. Genom att krascha ihop två bilar i mycket hög hastighet kan vi bryta isär bilarna och se inuti dem. På samma sätt kraschar fysiker två partiklar mot varandra för att bryta sönder dem och studera insidan.

Om partiklar rör sig med mycket hög hastighet kommer en del av dem att splittras när de kolliderar. När de splittras bildas nya mindre partiklar. Dessa partiklar är mycket svåra att hitta och upptäcka eftersom de sönderfaller (övergår till lättare partiklar) mycket snabbt. I den moderna partikelfysiken kolliderar partiklar mycket energiskt för att skapa nya partiklar i en partikelaccelerator. Detta kallas för högenergifysik, på grund av den stora mängd energi som behövs.

Många partiklar kan dock inte bara brytas isär, t.ex. elektroner. Eftersom elektronen inte bryts sönder kallas den för en fundamental partikel. Om du skulle slå två supersnabba elektroner mot varandra skulle de inte gå sönder, utan istället kan de skapa fler partiklar runt omkring dem utan att gå sönder (detta är en annan form av sönderfall, en så kallad hadronjet). Standardmodellen säger att det finns 17 typer av fundamentala partiklar, men det finns faktiskt dubbelt så många eftersom de alla kan skapas av antimateria.

Partikelfysiken kan hjälpa oss att lära oss mer om det tidiga universum, eftersom förhållanden som liknar det tidiga universum (som var en mycket mer energirik plats än vad det är nu) kan skapas i en liten rymdvolym med hjälp av kollisioner mellan dessa partiklar. Den största partikelacceleratorn i världen är Large Hadron Collider vid CERN i Europa.