Partikelfysik är studiet av fundamentala partiklar och de krafter som styr dem. Eftersom många av de fundamentala partiklarna endast uppträder under relativistiska kollisioner i partikelacceleratorer, i dagligt tal kallade ”atomkrossare”, är partikelfysik också känd som ”högenergifysik”. Fysiker har slagit ihop partiklar i extrema hastigheter sedan 1929.
Den bästa bilden av partikelfysik vi har idag kallas Standardmodellen, som utvecklades mödosamt på 1970-talet. Det var en reaktion på ”partikelzoo”, en enorm spridning av ovanliga fundamentala partiklar som upptäcktes under högenergifysikexperiment på 1950- och 1960-talen. Det slutliga partikelantalet slutade bli cirka 31, inklusive 24 fermioner (kvarkar, elektroner, neutriner och deras antipartiklar), 6 bosoner (varav en, gravitonen, har ännu inte observerats) och en svårfångad partikel som ansvarar för egendomen hos själva massan, som också ännu inte har observerats, Higgs-bosonen. I grund och botten utgör fermionerna materia och bosonerna förmedlar interaktioner mellan materia. Ljuset som kommer från din datorskärm består av fotoner som är bosoner. De interagerar med fermionerna som utgör din ögonglob.
Det mesta av materien runt omkring oss består av endast ett fåtal fundamentala partiklar: uppkvarkar, nerkvarkar och elektroner. Det finns också 50 biljoner lågmassa neutrinos som strömmar genom våra kroppar varje sekund och passerar genom hela jorden nästan som om den inte ens var där. Neutrinos, vars namn betyder ”liten neutral partikel”, är så svårfångade att man inte ens visste att de hade en massa förrän 1998. Ett av de nyaste områdena inom astronomi är känt som neutrinoastronomi, varvid neutrinoflux från solen och supernovor observeras med hjälp av stora detektorer.
Även om endast ett fåtal av partiklarna i partikelzoo utgör den materia vi känner till, ger partikelfysiken oss stor insikt i verklighetens struktur genom att visa oss de mindre vanliga varianterna och hur de passar ihop till en enad familj. Partikelfysiken kan sägas vara ansvarig för förekomsten av kärnkraft, kärnmedicin och kärnvapenbomber. Partikelfysik anses vara ett av de mest respekterade områdena inom vetenskapen eftersom det slutar med att den producerar insikter som är användbara för andra områden, ungefär som matematik.