Deeltjesfysica
Deeltjesfysica is een categorie van de natuurkunde die zich bezighoudt met de studie van zeer kleine stukjes van dingen, de zogenaamde deeltjes. Deze deeltjes zijn de echt kleine stukjes waaruit de wereld om ons heen bestaat. Ze worden het best beschreven in de taal van de wiskunde: calculus, het imaginaire getal en de groepentheorie (die de symmetrie beschrijft).
Fundamentele krachten
Deeltjes kunnen fundamentele krachten dragen. De elektromagnetische kracht wordt bijvoorbeeld gedragen door fotonen. De vier fundamentele krachten zijn verantwoordelijk voor bijna alles in de natuurkunde. Deze fundamentele krachten zijn zwaartekracht, elektromagnetisme, de zwakke wisselwerking en de sterke wisselwerking.
Het Standaard Model
Een van de belangrijke concepten van de deeltjesfysica is het Standaardmodel. Het Standaard Model is een theorie die de fundamentele krachten probeert te verklaren. Het Standaard Model in combinatie met algemene relativiteit is momenteel de meest geaccepteerde verklaring voor de werking van het heelal.
Het is bekend dat het Standaard Model problemen heeft. Het verklaart bijvoorbeeld drie van de vier krachten heel goed, maar kan de zwaartekracht niet verklaren. Daarom moet algemene relativiteit, een andere theorie die verklaart waar de zwaartekracht vandaan komt, worden opgenomen om natuurkundigen het heelal te laten verklaren. Er wordt hard gewerkt om de theorie te verbeteren en/of een betere theorie te vinden. Dit werk wordt vaak theoretische deeltjesfysica genoemd, omdat het gaat om het bouwen van betere theorieën over deeltjes. Theoretische deeltjesfysici maken theorieën om te proberen het Standaardmodel te verbeteren. Een voorbeeld hiervan is dat er veel theorieën zijn die nog niet ontdekte deeltjes voorspellen.
Collider
Natuurkundigen komen meer te weten over deeltjes door botsingen tussen verschillende deeltjes te bestuderen. Een goede analogie van hoe natuurkundigen deeltjes bestuderen door botsingen is het voorbeeld van het auto-ongeluk. Stel je voor dat iemand in auto's wil kijken. Door twee auto's met zeer hoge snelheid tegen elkaar te laten botsen, kunnen we de auto's uit elkaar halen en binnenin kijken. Op dezelfde manier botsen natuurkundigen twee deeltjes tegen elkaar om ze te breken en de binnenkant te bestuderen.
Als deeltjes met zeer hoge snelheid bewegen, zullen sommige ervan bij een botsing uiteenvallen. Als ze breken, ontstaan er nieuwe, kleinere deeltjes. Deze deeltjes zijn zeer moeilijk te vinden en te detecteren omdat ze zeer snel vervallen (in lichtere deeltjes veranderen). In de moderne deeltjesfysica worden deeltjes zeer energetisch tegen elkaar gebotst om nieuwe deeltjes te creëren in een deeltjesversneller. Dit wordt hoge-energiefysica genoemd, vanwege de grote hoeveelheid energie die hiervoor nodig is.
Veel deeltjes vallen echter niet zomaar uit elkaar, zoals elektronen. Omdat het niet uit elkaar valt, wordt het elektron een fundamenteel deeltje genoemd. Als je twee supersnelle elektronen tegen elkaar zou slaan, zouden ze niet breken, maar in plaats daarvan meer deeltjes om zich heen creëren zonder te breken (dit is een andere vorm van verval, bekend als een hadronstraal). Volgens het Standaardmodel zijn er 17 soorten fundamentele deeltjes, maar het zijn er eigenlijk twee keer zoveel omdat ze allemaal uit antimaterie kunnen ontstaan.
Toepassing
Deeltjesfysica kan ons helpen meer te weten te komen over het vroege heelal, omdat met de botsingen van deze deeltjes in een klein volume ruimte omstandigheden kunnen worden gecreëerd die lijken op die van het vroege heelal (dat veel energieker was dan nu). De grootste deeltjesversneller ter wereld is de Large Hadron Collider bij CERN in Europa.
