Elementærpartikler

Elementærpartikler er de grunnleggende byggesteinene i naturen som beskrives av kvantefeltteori og av Standardmodellen for partikler. De representerer de minste enhetene av materie og energi som ikke kan deles i mindre deler ved vanlige energinivåer. I dag deles elementærpartikler ofte inn i to hovedgrupper: fermioner og bosoner. Fermioner utgjør materie, mens bosoner er bærere av fundamentale krefter og felt.

Fermioner deles videre i quarks og leptons. Quarks kommer i seks smaker: up, down, charm, strange, top og bottom. De kombineres til hadroner, som protoner og nøytroner, og får sin masse og egenskaper gjennom krysninger av fargelaster og sterke kjernekrefter. Leptoner omfatter elektroner, muoner og tauer, samt deres tilhørende neutrinoer. Leptonene påvirkes ikke av den sterke kraft, men de deltar i elektromagnetisk og svak kraftekspansjon.

Bosoner er gauge-bærere av de fundamentale kreftene. Fotonen formidler elektromagnetisk kraft, gluoner formidler den sterke kraft mellom quarks, og W- og Z-bosonene formidler den svekkede krefter som styrer mye av radioaktiv nedbrytning. Gravitasjonens kvantale vesen, gravitonet, er ikke bekreftet i eksperimentell praksis og inngår normalt ikke i Standardmodellen.

Masse og Higgs-bosonet forklarer hvordan partikler får masse gjennom Higgs-feltet og Yukawa-koplinger. Higgs-bosonet ble oppdaget i 2012 ved Large Hadron Collider. Antipartikler, CP-viisjon og neutrino-osillasjoner utvider kvantefeltteorien og gir innblikk i asymmetrien mellom materie og antimaterie samt små massevariasjoner hos neutrinoer.

Selv om Standardmodellen vel beskriver mange fenomener, står fysikken overfor spørsmål som ikke er fullstendig løst: mørk materie og mørk energi, kvantegravitasjon og hierarkiproblemer peker mot ny fysikk utover dagens modell. Eksperimenter ved partikkelakseleratorer og astropartikkelforskning fortsetter å undersøke disse spørsmålene.