Pienhiukkas

Pienhiukkasilla tarkoitetaan atomin ydinrakenteen sekä sitä ympäröivän maailmankin pienimpiä rakennuspalikoita sekä niiden vuorovaikutusten välittäjähiukkasia. Ne muodostavat sekä aineen että perusvuorovaikutusten perustan. Pienhiukkasista puhuttaessa käytetään usein kahta pääkategoriaa: perusosat, joita nykyisen teorian mukaan ei voi jakaa pienempiin osiin, sekä koostuneet hiukkaset, jotka muodostuvat useammista pienemmistä hiukkasista.

Perusosat voidaan jakaa kahteen ryhmään: fermioneihin ja bosoneihin. Fermionit ovat matterin rakennuspalikoita ja ne noudattavat Paulin suojausperiaatetta sekä sirppuaikataulua (fermionin ominaisuus, spin 1/2, 3/2, jne.). Quarkit ja leptonit kuuluvat tähän ryhmään. Quarkeilla on kuusi makua: up, down, charm, strange, top ja bottom. Leptoneja ovat esimerkiksi elektroni, sen muoni ja tauon kaltaiset hiukkaset sekä näiden neutriinot. Bosonit muodostavat voimia välittäviä hiukkasia: fotoni elektromagneettisessa vuorovaikutuksessa, gluonit vahvassa vuorovaikutuksessa, W- ja Z-bosonit heikossa vuorovaikutuksessa sekä Higgs-bosoni, joka liittyy massin antamiseen Higgs-kentän kautta. Gravitaation kehitytön osuus ei sisälly nykyiseen Standard Malliin.

Koostuneet hiukkaset koostuvat useammasta perusosasta. Hadronit, kuten protonit ja neutronit, muodostuvat kvarkeista ja niitä pitävät koossa vahva vuorovaikutus gluoneineen. Mesonit taas koostuvat kvarkki- ja anti-kvarkkipareista. Hadronit muodostavat suurimman osan aineen tubesta.

Tutkimus pienhiukkasissa hyödyntää suuria kiihdyttimiä ja detectoriteknologiaa, kuten LHC:tä, sekä neutrino- ja kosmologisia kokeita. Tavoitteena on ymmärtää aineen perusrakenteita, vuorovaikutuksia ja maailmankaikkeuden varhaisia vaiheita, sekä ratkaista avoimia kysymyksiä, kuten massan alkuperä ja tuntemattomien voimasäiliöiden mahdollisuudet.