فيزياء الجسيمات هي فرع من فروع الفيزياء التي تهتم بدراسة الجسيمات الأولية المكونة للمادة والطاقة، بالإضافة إلى دراسة التفاعلات الأساسية التي تحدث بين هذه الجسيمات. تنقسم الجسيمات الأولية إلى جسيمات مادية وجسيمات تحتوي على القوى الأربع المعروفة: الجاذبية، التفاعل الكهرومغناطيسي، التفاعل النووي القوي والتفاعل النووي الضعيف.
الجسيمات المادية تشمل الكواركات واللبتونات، وهي المكونات الأساسية للمادة. الكواركات هي الجزء الأساسي الذي يشكل البروتونات والنيوترونات الموجودة داخل النواة الذرية، بينما اللبتونات تتضمن الإلكترونات والنيوترينو.
الجسيمات التي تساعد في نقل القوى الأربعة معروفة باسم بوزونات. تشمل البوزونات المعروفة الفوتونات، التي تنقل القوة الكهرومغناطيسية، والجلوونات، التي تنقل القوة النووية القوية، والبوزونات الضعيفة (كالـW و Z)، التي تنقل القوة النووية الضعيفة. الجاذبية هي القوة الأربعة الأقل فهما ولاتزال قوى الجاذبية لم يتم توحيد مع تلك القوى الثلاثة الأخرى في إطار واحد نظري.
في طليعة فيزياء الجسيمات, هناك عدة نماذج ونظريات لشرح التفاعلات والجسيمات في الجملة، تلك التي تجري مستعينا بمجموعة أشكال التفاعلات النظريّة وعلى الأرجح مُفهم غير النووي ± النووي، أهمها نموذج الجسيمات المعياري (the standard model) الذي يوفّق بنجاح كبير بين التجارب العمليّة والنظريّات الفيزيائية لمعظم الجسيمات الأولية والتفاعلات بينها. ورغم نجاحه الباهر فإن هناك مجموعة مشاكل لم يستطع النموذج المعياري تفسيرها بشكل جيد، مما يعني أنه لا يزال هناك الكثير لاكتشافه في مجال فيزياء الجسيمات.
التطور السريع في تكنولوجيا الأجهزة والتجهيزات، جعل من الممكن للعلماء خلق بيئات طاقة عالية ودرجات حرارة تعادل تلك التي توجد خلال أول لحظات بعد كون الكون، مثلا داخل جهاز السرعات الكبير (Large Hadron Collider؛ LHC) بمركز CERN لأبحاث الفيزياء الذرّية. وآمل علماء الفيزياء أن يكسر السد الستار المجهول والتوصّل إلى نظرية أو نموذج جديد يشمل جميع الجسيمات وجميع القوى الأربعة تحت سقف نظريّة واحدة.
.png) |
| الفيزياء الاحصائية |
الفيزياء الإحصائية
هي فرع من فروع الفيزياء الذي يُعنى بدراسة توزيع الطاقة والتحصيل المكاني للجسيمات على مستوى الذرات والجزيئات في الأنظمة الكبيرة. تعتمد الفيزياء الإحصائية على الاحتمالات والإحصاء لفهم ووصف الخصائص الجماعية لهذه الأنظمة، بالإضافة إلى دراسة التفاعلات بين الجسيمات المختلفة.
يمكن تطبيق الفيزياء الإحصائية على مجموعة متنوعة من الأنظمة الفيزيائية مثل الغازات، السوائل، المواد الصلبة، وحتى الجسيمات الأساسية مثل الإلكترونات والبروتونات. من المواضيع المهمة في هذا المجال هو دراسة الانتقالات الطورية، مثل التكثف أو التبخر، وفهم الظواهر الجماعية مثل إيجاد توازن طاقة الجسيمات في نظام معين.
واحدة من الإنجازات الأساسية للفيزياء الإحصائية هي قوانين الديناميكا الحرارية، التي توفر إطاراً لفهم المؤثرات الجماعية وطاقة النظام على مستوى الجسيمات. هذه القوانين تكمل القوانين الأساسية للديناميكا الكلاسيكية، كقانون نيوتن وقوانين كبلر، التي تصف الحركة الفردية للجسيمات بدقة.
تستند الفيزياء الاحصائية إلى مفهوم بولتزمان للإحصاء الكلاسيكي وفيرمي-ديراك للإحصاء الكمي، مما يسمح لنا بدراسة التفاعلات بين جسيمات مفردة وتحليل الظواهر الجماعية المتقدمة والظواهر الكمومية مثل الموائع الكمومية.
على مر السنين أدت الفيزياء الإحصائية إلى العديد من الاكتشافات الهامة التي تحسنت بفضلها التكنولوجيا الحديثة والأجهزة العلمية. بعض من هذه الاكتشافات تشمل مفهوم الإنتروبية والاعتراف بها ككمية مفيدة لوصف الاضطراب في النظام، وكذلك تطوير حسابات تقدير الظواهر العالية التنظيم.
بشكل عام، تعتبر الفيزياء الإحصائية مجالاً مهماً للدراسة حيث توفر إطاراً لفهم الأنظمة الكبيرة وإيجاد نظرية موحدة لوصف الظواهر الفيزيائية أو التطبيقات المتعددة التي يمكن أن تؤثر على حياة البشر والتكنولوجيا والمجتمع.