partikelfysik

Partikelfysik er grenen af fysik, der undersøger fundamentale partikler og deres grundlæggende interaktioner på de mindste skalaer. Forskningen kombinerer teoretiske modeller med eksperimenter i høj energi for at beskrive, hvordan materie og kræfter opbygges fra en underliggende mikrostruktur.

Det moderne rammeværk er Standardmodellen, som beskriver tre af naturens fire fundamentale kræfter: elektromagnetisme, den stærke interaktion og den svage interaktion, som gauge-teorier. Den angiver også et sæt fundamentale partikler: quarks og leptons som byggesten, bosoner som mediatorer (foton, gluoner, W- og Z-bosoner) og Higgs-bosonen, der giver masse via Higgs-feltet.

De mest anvendte metoder er eksperimenter med partikelacceleratorer og detektorer. Store faciliteter som CERNs Large Hadron Collider (LHC) producerer højenergi-kollisioner, der afslører nye resonanser og måler partiklernes egenskaber. Nogle af de mest kendte eksperimenter er ATLAS og CMS, som indsamler data om kollisionsprodukter.

Historisk har partikelfysik gennemgået talrige milepæle: opdagelsen af elektroner, protoner og neutroner; udviklingen af kvantefeltteori; og opdagelserne af W- og Z-bosoner og Higgs-bosonen i 2012, som bekræftede en central del af Standardmodellen.

Området står også over for store ubesvarede spørgsmål, såsom neutrinoernes masse og oscillationer, naturen af mørk materie og hvorfor der er mere materie end antimaterie i universet. Forskere søger ny fysik uden for Standardmodellen, blandt andet gennem teorier som supersymmetri eller ekstra dimensioner.

Ud over grundforskning bidrager partikelfysik til teknologiske fremskridt og viden om materialer, medicinsk billeddannelse og informationsbehandling gennem udvikling af nye sensor- og databehandlingsmetoder.