Fisika partikel

Fisika partikel adalah cabang dari fisika yang mempelajari partikel dasar pembentuk benda dan radiasi, dan interaksi antara mereka. Dia juga disebut fisika energi tinggi, karena banyak partikel dasar tidak terjadi dalam keadaan biasa di alam, tetapi dapat diciptakan dan dideteksi pada saat benturan berenergi partikel lainnya, seperti yang dilakukan dalam pemercepat partikel.

Partikel Subatomik

Sebuah foto menampilkan 6 quark, dan 6 partikel lepton yang berinteraksi, menurut Model Standar

Penelitian mutakhir fisika partikel difokuskan pada partikel sub-atomik, termasuk unsur atom seperti elektron, proton, dan neutron (proton dan neutron sebenarnya partikel gabungan yang terdiri dari quark), partikel yang dihasilkan oleh proses radioaktif dan hamburan, seperti foton, neutrino, dan muons, serta berbagai partikel eksotis.

Sebenarnya, istilah partikel adalah keliru karena dinamika fisika partikel diatur oleh mekanika kuantum. Dengan demikian, mereka menunjukkan perilaku dualitas gelombang-partikel, seperti partikel dalam seubah kondisi percobaan dan seperti di gelombang kondisi keadaan lain (lebih teknis mereka dijelaskan oleh vektor keadaan dalam ruang Hilbert; teori medan kuantum lihat). Mengikuti konvensi fisikawan partikel, "partikel dasar" merujuk pada objek seperti elektron dan foton dan "partikel" ini menampilkan sifat gelombang juga.

Semua partikel dan interaksi mereka diamati sampai masa kini dapat dijelaskan sepenuhnya oleh sebuah teori medan kuantum yang disebut Model Standar. Model Standar memiliki 17 jenis partikel dasar: 12 fermion (24 jika Anda menghitung antipartikel secara terpisah), boson vektor 4 (5 jika Anda menghitung antipartikel secara terpisah), dan 1 boson skalar. Partikel-partikel dasar ini dapat bergabung untuk membentuk partikel gabungan, yang jenisnya kini mencapai ratusan sejak ditemukan partikel gabungan pertama pada 1960-an. Model Standar telah ditemukan sesuai dengan hampir semua tes percobaan yang dilakukan saat ini. Namun, sebagian besar fisikawan partikel percaya bahwa model ini masih belum bisa memberikan penjelasan yang lengkap tentang alam, dan bahwa ada teori yang lebih fundamental. Dalam beberapa tahun terakhir, ukuran massa neutrino telah memberikan simpangan percobaan pertama dari Model Standar.

Sejarah

Gagasan bahwa semua materi terdiri dari partikel dasar dimulai setidaknya dari abad ke-6 SM. Doktrin filosofis atomisme dan sifat partikel dasar dipelajari oleh Filsuf Yunani kuno seperti Leucippus, Democritus dan Epicurus, Filsuf India kuno seperti Kanada, Dignaga dan Dharmakirti; ilmuwan abad pertengahan seperti Alhazen, Ibnu Sina dan Algazel; dan fisikawan Eropa awal modern seperti Pierre Gassendi, Robert Boyle dan Isaac Newton. Teori partikel cahaya juga diusulkan oleh Alhazen, Ibnu Sina, Gassendi dan Newton. Ide-ide awal didirikan di penalaran filosofis abstrak daripada eksperimen dan pengamatan empiris.

Pada abad ke-19, John Dalton, melalui karyanya pada stoikiometri, menyimpulkan bahwa setiap unsur alam terdiri dari satu jenis partikel yang unik. Dalton dan sezamannya percaya ini adalah partikel dasar alam dan dengan demikian mereka bernama atom, dari kata Yunani atomos , berarti "tak terbagi". Namun, mendekati akhir abad ini, fisikawan menemukan bahwa atom ternyata bukanlah partikel dasar alam, tetapi gabungan dari partikel-pertikel yang lebih kecil. Penelitian fisika nuklir dan fisika kuantum pada awal abad 20 memuncak pada bukti fisi nuklir di tahun 1939 oleh Lise Meitner (berdasarkan percobaan oleh Otto Hahn), dan fusi nuklir oleh Hans Bethe di tahun yang sama. Penemuan-penemuan ini memunculkan industri aktif untuk menghasilkan satu atom dari yang lain, bahkan mungkin melakukan (walaupun tidak menguntungkan) transmutasi timah menjadi emas. Mereka juga mengarah pada pengembangan senjata nuklir. Sepanjang tahun 1950-an dan 1960-an, berbagai partikel ditemukan dalam eksperimen hamburan yang disebut sebagai "kebun binatang partikel". Istilah ini telah ditinggalkan setelah perumusan Model Standar selama tahun 1970-an di mana sejumlah besar partikel itu dijelaskan sebagai kombinasi dari sejumlah partikel fundamental.

Teori medan

Teori medan adalah kajian fisika teori untuk dinamika partikel elementer dengan mengasumsikan partikel sebagai medan.