Fyzika častíc

Fyzika častíc (iné názvy: časticová fyzika, fyzika elementárnych častíc, subjadrová fyzika, subnukleárna fyzika, fyzika vysokých energií, vysokoenergetická fyzika) je odbor fyziky, ktorý sa zaoberá štúdiom subatómových častíc.
Časticová fyzika sa vyvinula z jej materského oboru, jadrovej fyziky, a typicky sa vyučuje v úzkom vzťahu s ňou. Vedecký výskum za posledné roky vyprodukoval dlhý zoznam častíc.

Správanie subatómových častíc

Subatómové častice sa správajú podľa zákonov kvantovej mechaniky. Ako také podliehajú vlnovo-časticovému dualizmu, to znamená, že za určitých podmienok sa správajú ako častice, a za iných zasa ako vlnenie.

Vplyv

Časticová fyzika má veľký vplyv na filozofiu vedy. Niektorí fyzici sa prikláňali k redukcionizmu, názoru, ktorý bol kritizovaný a obhajovaný filozofmi a vedcami. Ostatní fyzici sa pridržiavali filozofie holizmu, považovaného za náprotivok redukcionizmu.

Dejiny

Myšlienka, že všetka hmota je zložená z elementárnych častíc, pochádza minimálne zo 6. storočia pred Kristom. Filozofickú doktrínu atomizmu a povahy elementárnych častíc študovali starovekí grécky filozofi ako Leukippos, Demokritos a Epikuras, starovekí indickí filozofi, stredovekí vedci (napr. Alhazen, Avicenna a Algazel) a európski fyzici napr. Pierre Gassendi, Robert Boyle a Isaac Newton. Teóriu, že aj svetlo je častica, predostreli napr. Alhazen, Avicenna, Gassendi a Newton. Tieto myšlienky skôr ako abstraktné filozofické odôvodnenie, než ako experimentálne a empirické pozorovanie.
V 19. storočí, John Dalton, vďaka svojej práci na stechiometrii, prišiel k záveru, že každý prvok sa skladá z jednotlivých unikátnych častíc. Dalton a jeho súčasníci verili, že toto sú základné častice prírody a vesmíru a preto ich pomenovali atómy, z gréckeho slova atomos (nedeliteľný). Napriek tomu, koncom storočia, fyzici objavili, že atómy v skutočnosti nie sú elementárne častice ale sú zhlukmi menších častíc. Začiatkom 20. storočia objavy jadrovej a kvantovej fyziky vyvrcholili dôkazom Lízy Meitner o jadrových reakciách v roku 1939 a dôkazom Hansa Bethe o jadrovej fúzii v tom istom roku. Tieto objavy podporili vznik odvetvia priemyslu vytvárajúceho jeden atóm z iného, dokonca zvažovali možnú premenu olova na zlato (alchýmia). Tiež viedli k vývoju atómových zbraní. Priebehom 50. a 60. rokov 20. storočia bolo objavených mnoho rozličných častíc vďaka rozptylovým experimentom. Táto éra je známa ako časticová zoo. Od tohto názvu sa upustilo po formulácii Štandardného modelu počas 70. rokov 20. storočia, v ktorom bolo objasnené, že veľké množstvo častíc je kombináciou relatívne malého počtu elementárnych častíc.

Teória

Teoretická časticová fyzika sa pokúša o vyvinúť model, teoretický pracovný rámec a matematické nástroje na porozumenie terajším experimentom a vytvára predpoklady pre budúce experimenty. Pozri tiež teoretickú fyziku. V teoretickej časticovej fyzike existuje dnes niekoľko veľkých vzájomných projektov. Jedno dôležité odvetvie sa snaží lepšie pochopiť Štandardný model a jeho testy. Využitím parametrov štandardného modelu pochádzajúcich z experimentov z menšou neurčitosťou objavuje limity Štandardného modelu a tým rozširuje naše poznatky o stavebných blokoch vesmíru. Tieto projekty sú o to väčšou výzvou, vďaka náročnosti výpočtov kvantít v kvantovej chromodynamike. Niektorí teoretici pracujúci v tejto oblasti sa označujú ako fenomenológovia a využívajú nástroje teórie kvantových polí a teórie efektívnych polí . Iní používajú teóriu kryštalických polí a nazývajú sa lattice teoretici.
Iný veľký projekt je stavba modelov, v ktorom tvorcovia modelov vyvíjajú teórie o tom, aká fyzika môže existovať mimo Štandardného modelu. (s vyššími energiami a kratšími vzdialenosťami). Často je motivovaná problémom hierarchie a je obmedzená dátami z existujúcich experimentov. Môže zahŕňať supersymetriu, alternatívy k Higgsovmu bozónu, viac priestorových dimenzií (ako napr. Randall-Sundrum modely), Preónovu teóriu a kombinácie týchto a iných teórií.
Tretím veľkým projektom je teória strún. Strunoví teoretici sa pokúšajú zostaviť teóriu zjednocujúcu kvantovú mechaniku a všeobecnú relativitu. Teória je založená na malých strunách a membránach tvoriacich častice. Ak sa potvrdí, pravdepodobne sa stane teóriou všetkého.
Existuje viacero iných oblastí teoretickej fyziky siahajúc od časticovej kozmológie po slučkovú kvantovú gravitáciu.
Táto časť projektov časticovej fyziky sa dá nájsť v kategóriách podľa názvov na stránkach arXiv, predtlačovom archíve.