Σωματιδιακή φυσική

Η Σωματιδιακή φυσική ή Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είναι κλάδος της φυσικής που μελετά τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν την ύλη καθώς και την συμπεριφορά (ακτινοβολία), και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Λέγεται επίσης και φυσική υψηλών ενεργειών, επειδή πολλά στοιχειώδη σωμάτια δεν υφίστανται υπό τις συμβατικές συνθήκες που συναντάμε στη φύση όπως τη γνωρίζουμε στον πλανήτη μας, αλλά μπορούν να δημιουργηθούν και να ανιχνευθούν μέσω ενεργειακών κρούσεων με άλλα σωματίδια, όπως γίνεται στους επιταχυντές σωματιδίων.

Όπως είναι πλέον γνωστό, όλες οι μορφές της ύλης αποτελούνται από άτομα τα οποία και θεωρούνται τα θεμελιώδη σωματίδια ή σωμάτια κάθε στοιχείου. Αλλά και αυτά τα άτομα είναι συνδυασμοί πιο μικρών σωματιδίων, που αποκαλούνται υποατομικά σωματίδια. Για παράδειγμα, ο πυρήνας του ατόμου αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια. Πέρα όμως απ΄αυτά, οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει ακόμη πιο "μικρά" (στοιχειώδη) σωματίδια. Αν δηλαδή τα υποατομικά σωματίδια εξαναγκαστούν να συγκρουστούν με μεγάλες ταχύτητες τότε εμφανίζονται νέα σωματίδια, που καλούνται στοιχειώδη. Ο κλάδος της φυσικής που εξετάζει αυτά τα τελευταία ανακύπτοντα στοιχειώδη σωματίδια ονομάζεται Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, και εκ του τρόπου παραγωγής αυτών Φυσική υψηλών ενεργειών.

Η Σωματιδιακή Φυσική συνδέεται πλέον σημαντικά με τη μοντέρνα κοσμολογία, καθώς το ίδιο το σύμπαν είναι ένας τεράστιος φυσικός επιταχυντής, ενώ η μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων μας δίνει πολλές πληροφορίες για τη γέννηση και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Ιστορία 
Η ιδέα ότι η ύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια έχει ρίζες τουλάχιστον από τον 6ο αιώνα π.Χ.. Η φιλοσοφική ιδέα του ατομισμού μελετήθηκε από αρχαίους Έλληνες φιλόσοφους όπως ο Λεύκιππος, ο Δημόκριτος και ο Επίκουρος. Στον 19ο αιώνα, ο Τζον Ντάλτον συμπέρανε πως κάθε στοιχείο της φύσης αποτελούνταν από ένα μεμονωμένο, μοναδικό τύπο σωματιδίου. Ο Ντάλτον και οι συνεργάτες του πίστευαν πως αυτά ήταν τα θεμελιώδη σωματίδια της φύσης και γι' αυτό τα ονόμασαν άτομα, από την ελληνική λέξη άτομο, που σημαίνει αυτό που δεν τέμνεται. Όμως, προς το τέλος του αιώνα, οι φυσικοί ανακάλυψαν πως τα άτομα δεν ήταν τα θεμελιώδη σωματίδια της φύσης, αλλά αποτελούνταν κι αυτά από άλλα, ακόμη μικρότερα σωματίδια.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι έρευνες στα πεδία της πυρηνικής και της κβαντικής φυσικής απέδωσαν καρπούς, εξηγώντας την πυρηνική διάσπαση και την πυρηνική σύντηξη το 1939. Οι ανακαλύψεις αυτές έδωσαν το έναυσμα για περαιτέρω εξέλιξη, ενώ οδήγησαν και στη δημιουργία των πυρηνικών όπλων.

Στις δεκαετίες του '50 και '60, ανακαλύφθηκε ένας πολύ μεγάλος αριθμός σωματιδίων, μέσω πειραμάτων σκέδασης, που οδήγησε τους επιστήμονες σε μεγάλη σύγχυση. Η τάξη αποκαταστάθηκε όμως και πάλι, όταν κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '70 διατυπώθηκε το καθιερωμένο μοντέλο (Standard Model), στο οποίο ο μεγάλος αριθμός των σωματιδίων εξηγήθηκε ως ο συνδυασμός άλλων, πιο θεμελιωδών σωματιδίων, των κουάρκ.

Το καθιερωμένο μοντέλο 

Η τρέχουσα κατάσταση της κατάταξης των στοιχειωδών σωματιδίων περιγράφεται στο Καθιερωμένο Πρότυπο (ή Καθιερωμένο Μοντέλο). Στο Καθιερωμένο Πρότυπο περιγράφονται οι ισχυρές, οι ασθενείς και οι ηλεκτρομαγνητικές θεμελιώδεις δυνάμεις, χρησιμοποιώντας τα ενδιάμεσα μποζόνια βαθμίδας, τους φορείς δηλαδή της εκάστοτε αλληλεπίδρασης. Τα είδη των μποζονίων βαθμίδας είναι τα γκλουόνια, τα W και Z μποζόνια και το φωτόνιο αντίστοιχα. Το Πρότυπο περιέχει επίσης 24 θεμελιώδη σωματίδια (12 ζευγάρια σωματιδίων/αντι-σωματιδίων), τα οποία είναι τα βασικά συστατικά της ύλης, τα κουάρκ και τα λεπτόνια. Τέλος, προβλέπει την ύπαρξη ενός τύπου μποζονίου γνωστό και ως μποζόνιο Χιγκς, το οποίο όμως δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί. Η εύρεσή του αποτελεί τον κύριο στόχο του ερευνητικού προγράμματος που έχει ξεκινήσει στον επιταχυντή LHC της Γενεύης.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

 
Σωματιδιακη