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.
Nötron, sembolü n veya n⁰ olan, bir atomaltı ve nötr bir parçacıktır. Proton ile birlikte, atomun çekirdeğini meydana getirir. Bir yukarı ve iki aşağı kuark ve bunların arasındaki güçlü etkileşim sayesinde oluşur. Proton ve nötron yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir fakat nötron daha fazla kütleye sahiptir. Nötron ve protonun her ikisi nükleon olarak isimlendirilir. Nükleonların etkileşimleri ve özellikleri nükleer fizik tarafından açıklanır. Nötr hidrojen atomu dışında bütün atomların çekirdeklerinde nötron bulunur. Her atom farklı sayıda nötron bulundurabilir. Proton ve nötronlar, kuarklardan oluştukları için temel parçacık değildirler.
Kuark, bir tür temel parçacık ve maddenin temel bileşenlerinden biridir. Kuarklar, bir araya gelerek hadronlar olarak bilinen bileşik parçacıkları oluşturur. Bunların en kararlıları, atom çekirdeğinin bileşenleri proton ve nötrondur. Renk hapsi olarak bilinen olgudan ötürü kuarklar asla yalnız bir şekilde bulunmaz, yalnızca baryonlar ve mezonlar gibi hadronlar dahilinde bulunabilir. Bu sebeple kuarklar hakkında bilinenlerin çoğu hadronların gözlenmesi sonucunda elde edilmiştir.
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.
Parçacık fiziğinde baryonlar üç kuarktan ya da üç antikuarktan oluşan atomaltı parçacıkların oluşturduğu ailedir. Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronları da içerirler ama bunların dışında birçok kararsız baryon da bulunur. "Baryon" kelimesi Yunanca "ağır" anlamındaki βαρύς'den (varys) gelir. Bunun sebebi sınıflandırıldıkları sırada baryonların diğer atomaltı parçacıklardan farkının daha büyük olan kütleleri olduğunun sanılmasıdır.
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.
Parçacık fiziğinde bir hadron, güçlü etkileşim tarafından bir arada tutulan taneciklerden oluşan bir bileşik parçacıktır.
Yukarı kuark en hafif kuarktır, temel bir parçacıktır ve maddenin önemli bir bileşenidir. Aşağı kuarkla birlikte atom çekirdeğini meydana getiren proton ve nötronu oluşturur. Birinci nesil olarak sınıflandırılırlar. Elektrik yükü +2/3 e olup çıplak kütleleri 2,2+0,5
-0,4 MeV/c2 olarak ölçülmüştür. Bütün kuarklar gibi yukarı kuark da 1/2 spine sahip temel fermiyondur ve dört temel etkileşimin hepsinden etkilenir. Yukarı kuarkın antiparçacığı olan yukarı antikuark ile elektriksel yük işareti gibi birkaç özellikte farklılaşır.
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.
Nötrino, ışık hızına yakın hıza sahip olan, elektriksel yükü sıfır olan ve maddelerin içinden neredeyse hiç etkileşmeden geçebilen temel parçacıklardandır. Bu özellikleri nötrinoların algılanmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Nötrinoların çok küçük, ancak sıfır olmayan durgun kütleleri vardır. Yunan alfabesindeki ν (nü) ile gösterilir.
Gökbilim ve evrenbilimde baryonik karanlık madde, baryonlardan oluşan karanlık maddedir. Evrendeki karanlık maddenin yalnızca küçük bir kısmının baryonik karanlık madde olduğu tahmin edilmektedir.
Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.
Preonlar parçacık fiziğinde, kuarklar ve leptonların altparçacıkları olan nokta parçacıklardır. Terim 1974’te, Jogesh Pati ve Muhammed Abdüsselam tarafından oluşturulmuştur. Preon modellerine olan ilgi, 1980’lerde zirve noktasına ulaşmıştır ancak parçacık fiziği Standart Model'i, fiziğin kendisini en başarılı şekilde tanımlamaya devam ettiğinden ve lepton ile kuark kompozitleri hakkında hiçbir deneysel veri bulunmadığından dolayı bu ilgi azalmıştır.
Parçacık fiziğinde proton bozunması, protonun nötr bir pion ve bir pozitron gibi daha hafif atom altı parçacıklara bozunduğu varsayımsal bir parçacık bozunma biçimidir. Proton bozunumu hipotezi ilk olarak 1967'de Andrey Saharov tarafından formüle edildi. Önemli deneysel çabalara rağmen, proton bozunması hiçbir zaman gözlemlenmedi. Bir pozitron aracılığıyla bozunursa, protonun yarı ömrü en az 1,67 x 1034 yıl olarak sınırlandırılır.
Pentakuark, birbirlerine bağlı durumdaki dört kuark ile bir antikuarktan oluşan atomaltı parçacıktır. Kuarkların +1/3, antikuarkların ise - 1/3 baryon sayısına sahip olmalarından ötürü pentakuarkların toplam baryon sayısı 1'dir ve bu da pentakuarkların baryon olarak tanımlanmasını sağlar. Normal baryonların aksine üç değil de beş kuark bulundurmasından ötürü egzotik baryon olarak sınıflandırılır.
Ksi baryonları, birinci çeşni nesillerinden bir kuarka, daha yüksek çeşnili nesillerinden ise iki kuarka sahip, Ξ sembolüyle gösterilen hadron parçacığı ailesidir. Bu nedenlerden ötürü bu tip parçacıklar birer baryondur, toplam izospinleri 1/2'dir ve nötr olabildikleri gibi +2, +1 ya da -1 temel yüke sahip olabilirler. Yüklü Ksi baryonları ilk kez 1952'de, Manchester grubu tarafından gerçekleştirilen kozmik ışın deneyleri sırasında gözlemlenmiştir. Nötr Ksi baryonlarının ilk kez gözlemlenmesi ise 1959'da, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda gerçekleştirildi. Kararsız durumları, bozunma zinciri sonucunda daha hafif parçacıklara bozunmaları sebebiyle geçmişte çağlayan parçacıklar olarak da anılmaktaydılar.
Omega baryonları, birinci çeşni nesillerinden (yukarı ve aşağı kuarklar) herhangi birini içermeyen, daha yüksek çeşnili nesillerinden (garip, tılsım ve alt kuarklar) üç kuarka sahip, Ω sembolüyle gösterilen hadron parçacığı ailesidir. Hadronlaşma için gereken güçlü etkileşim süresinin altında (5×10-25 s) ortalama yaşam süresine sahip olmaları nedeniyle üst kuark içeren bir omega baryonu gözlemlenmemiş ve gözlemlenmesi de beklenmemektedir. Bu nedenlerden ötürü bu tip parçacıklar birer baryondur, toplam izospinleri 0'dır ve nötr olabildikleri gibi +1 temel yüke sahip olabilirler. Üç garip kuarktan oluşan
Ω-
, 1964 yılında gözlemlenmiştir ve keşfedilen ilk omega baryonudur.
Hiperon bir grup atomaltı parçacığın ortak adıdır. Hiperonların spin sayıları tam sayı olmadığından fermion, güçlü etkileşimden etkilendikleri için hadron ve üç kuarktan oluştukları için de baryon sayılırlar. Bu yönüyle nötron ve proton gibi parçacıklarla aynı sınıfta yer alırlar. Ancak nötron ve protonun aksine yapılarındaki kuarklardan en az biri garip kuarktır. Ayrıca daha büyük kütleye sahiplerdir ve 10 −10 saniyeden daha kısa ömürleri ile çok kararsız parçacıklardır. Hiperonlar 1950 li yıllarda keşfedildi. Daha sonra kuarkların keşfi sonucunda temel parçacık olmadıkları anlaşıldı.
Antinötron, nötrondan sadece bazı özelliklerinin eşit büyüklükte fakat zıt işarete sahip olması nedeniyle farklılık gösteren, nötronun antiparçacığıdır. Nötron ile aynı kütleye sahiptir ve net elektrik yükü yoktur, ancak karşıt baryon sayısına sahiptir. Bunun nedeni antinötronun antikuarklardan oluşması ve nötronların da kuarklardan oluşmasıdır. Antinötron, bir yukarı antiquark ve iki aşağı antikuarktan oluşur.
