Standardní model
Fyzika částic (zvaná také fyzika vysokých energií) studuje základní stavební kameny (konstituenty) hmoty a interakce mezi nimi. Současná teorie, která elegantně shrnuje naše chápání této oblasti fyziky, je známa jako standardní model (SM). Popisuje interakce mezi fundamentálními konstituenty hmoty. Ty jsou uspořádány do 3 rodin (či generací) kvarků a leptonů, jak to ukazuje následující obrázek. Stejně je tomu s jejich antičásticemi.
Elektromagnetická, silná a slabá síla jsou zprostředkovány výměnou (tzv. kalibračních) bosonů. Tyto síly jsou generovány fundamentálními symetriemi, jež souvisí se zákony zachování. Elektromagnetická síla nekonečného dosahu je zprostředkována nehmotnými fotony, elektrický náboj se zachovává. Silná síla mezi kvarky je přenášena nehmotnými gluony, jež také nesou barevný náboj. Barevný náboj se zachovává.
Elektromagnetickou a slabou sílu popisuje teorie sjednocené elektroslabé síly. Velmi hmotné bosony W a Z zprostředkovávají slabou sílu, jež je krátkého dosahu.
Hmotnosti fundamentálních částic jsou velmi malé, takže gravitace je ve srovnání s těmito třemi silami zanedbatelná.
Leptony existují jako samostané částice. Některé jsou elektricky nabité (e-, μ-, τ-) – v tom případě “cítí” jak elektromagnetickou, tak slabou sílu – jiné neutrální (neutrina: νe, νμ, ντ), interagující pouze slabě. Kvarky jsou částice, na něž působí všechny tři typy interakcí. V přírodě se kvarky nevyskytují samostatně. Pozorujeme pouze složené kvarkové systémy zvané hadrony – nejznámější z nich jsou protony a neutrony.
Přímé zavedení hmotností částic do teorie by narušilo elektroslabou symetrii a teorie by se stala vnitřně rozpornou. Lze tomu zabránit tak, že tzv. Higgsův mechanismus způsobí spontánní narušení symetrie tím, že vacuum je vyplněno dalším polem, které nese pouze slabý náboj. Částice nesoucí slabý náboj (bosony W a Z, kvarky a leptony a Higgsova částice H, která souvisí s Higgsovým polem) získají díky specifickému způsobu interakce s novým polem nenulovou hmotnost. Hmotnost Higgsovy částice mH není teorií určena, ale desetiletí přesných nepřímých měření vedla k závěru, že hodnota mH by měla být rovna zhruba stonásobku hmotnosti protonu.
Experimenty ATLAS a CMS na urychlovači LHC v CERN ohlásily v červenci 2012 objev nové částice s vlastnostmi srovnatelnými s Higgsovým bosonem standardního modelu.
Fyzikové z obou experimentů se v současnosti usilovně snaží potvrdit totožnost nové částice. I vy však budete mít příležitost v rámci naší varianty Z tuto Higgsovu bosonu podobnou částici hledat a případně najít – přesně stejnými metodami, jako to nedávno učinili vědci z CERN.