Parçacık fiziğinde, bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır; Satyendra Nath Bose ve Einstein'a atfen isimlendirilmişlerdir. Fermi-Dirac istatistiklerine uyan fermiyonların tersine, farklı bozonlar aynı kuantum konumunu işgal eder. Böylece, aynı enerjiye sahip bozonlar uzayda aynı mekânı işgal edebilirler. Bu nedenle her ne kadar parçacık fiziğinde her iki kavram arasındaki ayrım kesin belirgin değilse de, fermiyonlar genelde madde ile bileşikken, bozonlar sıklıkla güç taşıyıcı parçacıklardır.
Temel etkileşimler veya Temel kuvvetler, fiziksel sistemlerde daha temel etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimlerdir. Bilinen dört temel etkileşim vardır. Bunlar uzun mesafelerde etkileri olabilen kütleçekimsel, elektromanyetik etkileşimler ve atomaltı mesafelerde etkili olan güçlü nükleer ve zayıf nükleer etkileşimlerdir. Her biri bir alan dinamiği olarak anlaşılmalıdır. Bu dört etkileşim de matematiksel açıdan bir alan olarak modellenebilir. Kütleçekim, Einstein'ın genel görelilik kuramı tarafından tanımlanan uzay-zamanın eğriliğe atfedilirken diğer üçü ayrı kuantum alanlar olarak nitelendirilir ve etkileşimlerine Parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tanımlanan temel parçacıklar aracılık eder.
Atom veya ögecik, bilinen evrendeki tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşıyan en küçük yapı taşıdır. Atom Yunancada "bölünemez" anlamına gelen "atomos"tan türemiştir. Atomus sözcüğünü ortaya atan ilk kişi MÖ 440'lı yıllarda yaşamış Demokritos'tur. Gözle görülmesi imkânsız, çok küçük bir parçacıktır ve sadece taramalı tünelleme mikroskobu vb. ile incelenebilir. Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.
Parçacık fiziği, maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, parçacık fiziği genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar. Günümüzde, bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler.
Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler. En çok bilinenleri, alt parçacıklardan (kuarklardan) oluşan proton ve nötron; lepton olan elektrondur. Yapısı tamamen keşfedilmemiş atomaltı parçacıklara örnek olarak foton (ışık), bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton verilebilir.
Mezonlar, güçlü etkileşim ile bağlı bir kuark ve bir antikuarktan oluşan hadronik atomaltı parçacıklardır. Atomaltı parçacıklardan oluştuklarından mezonlar, kabaca bir femtometre kadarlık bir yarıçaplı fiziksel bir boyuta sahiptirler. Bütün mezonlar kararsızdırlar ve en uzun ömürlüsü mikrosaniyenin altında bir ömre sahiptir. Yüklü mezonların bozunmasıyla elektron ve nötrino oluşur. Yüksüz mezonların bozunmasıyla da fotonlar oluşur.
Atom çekirdeği, atomun merkezinde yer alan, proton ve nötronlardan oluşan küçük ve yoğun bir bölgedir. Atom çekirdeği 1911 yılında Ernest Rutherford tarafından keşfedildi. Bu keşif, 1909 yılında gerçekleştirilen Geiger-Marsden deneyine dayanmaktadır. Nötronun James Chadwick aracılığıyla 1932 yılında keşfinden sonra, çekirdeğin proton ve nötronlardan oluştuğu modeli Dmitri Ivanenko ve Werner Heisenberg tarafından çabucak geliştirildi. Atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdek içerisindedir, elektron bulutunun atom kütlesine katkısı oldukça azdır. Proton ve nötronlar çekirdek kuvveti tarafından çekirdeği oluşturmak için birbirlerine bağlanmıştır.
Alfa parçacığı (alfa, Yunan alfabesindeki ilk harf ile gösterilir, α) parçacık ışınları arasında yüksek derecede iyonlaştırıcı bir ışın formudur. İki proton ve iki nötronun helyum çekirdeğindekine benzer bağları sebebiyle He2+ olarak da gösterilir. Alfa parçacığının kütlesi 6.644656×10−27 kg olup, 3.72738 GeV enerjiye denktir.
Güçlü etkileşim, kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimdir ve kuantum renk dinamiği kuramı ile betimlenir. Güçlü etkileşim, gluonlar tarafından taşınan ve kuarklar ile antikuarklara, ayrıca gluonların kendilerine etki eden kuvvettir. Gluon, Latince kökenli bir kelime olup, İngilizcedeki Glue kelimesinin köküdür ve yapışkan madde anlamını karşılamaktadır.
Gama ışını veya gama ışıması, atom altı parçacıkların etkileşiminden kaynaklanan, belirli bir titreşim sayısına sahip elektromanyetik ışınımdır; genelde uzayda gerçekleşen çekirdeksel tepkimelerin sonucunda üretilirler. X ışınlarının ötesinde yer alırlar.
Gluonlar kuarklar arasındaki güçlü etkileşimi sağlayan temel parçacıklardır. Bu etkileşim fotonların elektromanyetik etkileşmedeki rolüne benzer bir şekilde iki yüklü parçacık arasında momentum değişimini sağladığı düşüncesi ile benzerlik kurularak anlaşılabilir.
Hideki Yukava , Japon fizikçi.
Her şeyin kuramı (HŞK), bilinen tüm fizik fenomenlerini bağlayan, onları tümüyle açıklayan ve yürütülen herhangi bir deneyin sonucunu prensipte tahmin edebilen kuramsal fizikte farazi bir kuramdır. Kuram; kuvvetli etkileşim, elektromanyetik etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim etkileşimi olmak üzere dört temel etkileşimden hareket ederek bu etkileşimler için gerekli olan değiş tokuş bozonlarını da her bir etkileşim türü için farklı özellikleri ile söz konusu sınıflandırmaya dahil eden standart modelin aslında ortak bir çatı altında toplanabileceği fikrinden yola çıkmıştır. Elektromanyetik ve zayıf etkileşimin Abdus Salam, Sheldon Glashow ve Steven Weinberg tarafından kısmen birleştirilmesi bazı umutlar doğurduysa da, aradan geçen zamana rağmen deneyleri ve kuramları tatmin edecek nitelikte yeni birleştirimler henüz sağlanamamıştır.
Nükleer fizik veya çekirdek fiziği, atom çekirdeklerinin etkileşimlerini ve parçalarını inceleyen bir fizik alanıdır. Nükleer enerji üretimi ve nükleer silah teknolojisi nükleer fiziğin en çok bilinen uygulamalarıdır fakat nükleer tıp, manyetik rezonans görüntüleme, malzeme mühendisliğinde iyon implantasyonu, jeoloji ve arkeolojide radyo karbon tarihleme gibi birçok araştırma da nükleer fiziğin uygulama alanıdır.
Kozmik ışınlar, temelde Güneş Sistemi'nden yıldızlardan hatta uzak galaksilerden kaynaklanan, yüksek enerjili bir parçacık yağmurudur. Bu ışınlar Dünya atmosferi ile etkileştiğinde, bazen yüzeye ulaşan ikincil kozmik ışın duşlarını üretebilir. Öncelikle yüksek enerjili protonlardan ve atom çekirdeğinden oluşan bu ışınlar güneş veya güneş sistemimizin dışından kaynaklanır. Fermi Uzay Teleskobu'ndan (2013) elde edilen veriler, birincil kozmik ışınların önemli bir bölümünün yıldızların süpernova patlamalarından kaynaklandığının kanıtı olarak yorumlanmıştır.
Radyasyon veya ışınım, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. "Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına" veya "Uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına" da radyasyon denir. Bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla veya oldukça az ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere radyoaktif madde denir.
François, Baron Englert, Nobel Ödüllü bir kuramsal fizikçidir. Kuramsal fizik araştırma grubunun bir üyesi olduğu Université libre de Bruxelles'de fahri profesörlük görevini sürdürmektedir. Englert ayrıca Kaliforniya'daki Chapman Üniversitesi'nin Kuantum Çalışmaları Enstitüsünün de bir üyesidir. 2010'da J.J. Sakurai Kuramsal Fizik Ödülü, 2004'te Wolf Fizik Ödülü, ve 1997'de Avrupa Fizik Topluluğu Yüksek Enerji ve Parçacık Fiziği ödülü gibi birçok ödül kazanmıştır. İstatiksel fizik alanında katkıları bulunmaktadır. François Englert'e 2013'te Higgs Mekanizması'nın keşfi nedeniyle Peter Higgs ile birlikte Nobel Fizik Ödülü verilmiştir.
Egzotik yıldız, elektron, proton, nötron ya da müonlardan farklı parçacıklardan oluşan ve kütleçekimsel çökmeye karşı yozluk basıncı ve diğer kuantum özellikleri sayesinde karşı gelebilen kuramsal bir sıkışık yıldızdır. Kuarklardan oluşan kuark yıldızları, belki de yukarı, aşağı ve garip kuarkların yoğuşmasından oluşmuş garip maddeden oluşan garip yıldızlar ve muhtemelen, eğer kuark alt parçacıklara ayrışabilirse onların yapıtaşlarını oluşturacak olan kuramsal preonlardan oluşan preon yıldızlarını içerir.
Egzotik madde, fizik alanında normlardan gelen bir sapma yaratan ve egzotik özelliklere sahip bir madde olarak tanımlanmıştır.
X17 parçacığı, bazı anormal ölçüm sonuçlarını açıklamak için Attila Krasznahorkay ve çalışma arkadaşları tarafından öne sürülen varsayımsal bir atom altı parçacıktır. Bu parçacık, berilyum-8 atom çekirdeklerinin geçirdiği bir nükleer bozunma sırasında üretilen parçacıkların ve kararlı helyum atomlarının bozunumunda üretilen parçacıkların hareket doğrultularında gözlemlenen geniş açıları açıklamak için öne sürülmüştür. X17 parçacığı, karanlık madde ile muhtemelen bir bağlantısı olan varsayımsal beşinci bir kuvvetin kuvvet taşıyıcısı olabilir. Parçacığın protofobik ve kütlesi yaklaşık 17 MeV olan bir vektör bozonu olduğu düşünülmektedir.