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.
Kütleçekim ya da çekim kuvveti, kütleli her şeyin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere birbirine doğru hareket ettiği doğal bir fenomendir. Enerji ve kütle eşdeğer olduğu için ışık da dahil olmak üzere her türlü enerji kütleçekime neden olur ve onun etkisi altındadır.
Evren, Kâinat veya Kozmos, gezegenler, yıldızlar, gökadalar ve diğer tüm madde ile enerji yapıları dahil olmak üzere uzay ve zamanın tamamı ve muhtevasıdır. Bununla birlikte gözlemlenebilir evren, temel parçacıklardan başlayarak gökadalar ve gökada kümeleri gibi büyük ölçekli yapılara kadar tüm madde ve enerjinin mevcut düzeniyle sınırlıdır.
Karanlık madde, astrofizikte, elektromanyetik dalgalarla etkileşime girmeyen, varlığı yalnız diğer maddeler üzerindeki kütleçekimsel etkisi ile belirlenebilen varsayımsal maddelere denir. Karanlık maddelerin varlığını belirlemek için gök adaların döngüsel hızlarından, gök adaların diğer gök adalar içerisindeki yörüngesel hızlarından, geri planda yer alan maddelere uyguladığı kütleçekimsel mercekleme özelliğinden ve gök adaların içerisindeki sıcak gazların sıcaklık dağılımından yararlanılır. İncelemeler, gök adalarda, gök ada gruplarında ve Evren'de, görülebilen maddelerden çok daha fazla karanlık madde olduğunu göstermektedir. Karanlık maddelerin bileşenleri tamamen bilinmemekle birlikte, WIMP'ler, aksiyonlar, sıradan ve ağır nötrinolar, gezegenler ve sönmüş yıldızlarla birlikte verilen isim MACHO'lar ile ışıma yapmayan gaz bulutlarından oluşur.
Gözlemlenebilir evren, evrenin ışık ve başka sinyallerin galaksiler ve maddenin, kozmolojik genişlemeden beri Dünya’ya ulaşacak zamanı bulması sonucu, şimdiki zamanda Dünya'dan gözlemlenebilen cisim ve maddelerden oluşan bölgesidir. Evrenin izotropik olduğu varsayılırsa, gözlemlenebilir evrenin sınırı, her yönde aşağı yukarı aynıdır. Dolayısıyla, gözlemlenebilir evren, gözlemcisini merkeze alan, küresel bir hacme sahiptir. Evrendeki her nokta kendi gözlemlenebilir evrenine sahiptir ve bu evren Dünya merkezli olanla çakışıyor olabilir de, olmayabilir de.
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.
Parçacık fiziğinde pion π0, π+ ve π−'den oluşan üç atom atomaltı parçacığın ortak adıdır. Pionlar en hafif mezonlardır ve güçlü nükleer kuvvetin düşük enerjili durumlarını açıklamakta önemli bir rolü vardır.
Sıcak karanlık madde, karanlık maddenin varsayımsal parçacıklarının rölativistik hızlarda seyahat eden yapısı.
Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık, egzotik parçacıklardan oluşan karanlık madde adayıdır.
Büyük kütleli sıkı halo cisimleri veya MACHO (ing-Massive compact halo object), gökada halesindeki baryon kökenli karanlık maddenin en ciddi adayı.
Gökbilim ve evrenbilimde baryonik karanlık madde, baryonlardan oluşan karanlık maddedir. Evrendeki karanlık maddenin yalnızca küçük bir kısmının baryonik karanlık madde olduğu tahmin edilmektedir.
Üst kuark, parçacık fiziğinde Standart Model'de tanımlanan bir parçacık. +2/3 elektrik yüküne sahip üçüncü kuşak kuarktır. 171,2 GeV/c2 kütleye sahip temel parçacık.
Standart Model ötesi fizik ile Standart modeldeki kütlenin kökeni, güçlü CP problemi, nötrino salınımı, baryon asimetrisi ve karanlık madde ve karanlık enerjinin doğası gibi kuramsal olarak geliştirilmiş olayların açıklanmaya çalışılması kastedilir.Standart model’in matematiksel taslağında bulunan başka problem de genel görelilik ile olan tutarsızlığı ve iki kuramında kesin koşullarda geçerli çökmesidir.. Standart model’in ötesinde süper simetri sayesinde en düşük süper simetrik standart model (MSSM) ve hemen hemen en düşük süper simetrik standart model (NMSSM), yapılan değişik açıklamalar sayesinde de sicim kuramı, M-kuramı ve fazladan boyutlar gibi çeşitli uzantılar bulunur. Kuramların hepsi güncel olayın bütünlüğünü tekrar üretmeye yatkın olduğundan, Her şeyin Kuramı’na adım atmaya ya da bunu bulmaya en yakın kuram sadece deneyler vasıtayla bulunabileceğinden kuramsal ve deneysel fizikteki en aktif konulardan biri standart modelin ötesindeki fiziktir.
Karanlık madde halesi galaksi düzlemini saran ve iyi görünür galaksinin kenarına ve ötesine uzanan galaksinin varsayımsal bir bileşenidir. Karanlık madde halesi karanlık maddeden oluşur. ΛCDM gibi modern kozmolojik modeller, karanlık madde halelerinin ve alt halelerin galaksiler içerebileceğini öne sürer. Bir galaksinin karanlık madde halesi, galaktik diski sarar ve görünür galaksinin kenarının çok ötesine uzanır. Hâleler doğrudan gözlenebilirse de varlıkları galaksilerdeki yıldızların hareketleri ve gaz üzerindeki etkileri yoluyla anlaşılmaktadır. Karanlık madde haleleri güncel modellerinde galaksi oluşumu ve evriminde önemli bir rol oynamaktadır. Karanlık madde halelerinin doğasını değişen derecelerde başarı ile açıklamaya çalışan teoriler arasında soğuk karanlık madde (CDM), sıcak karanlık madde ve büyük kütleli sıkı hale nesneleri (MACHO'lar) bulunur.
Başlangıç kara delikleri, büyük bir yıldızın kütle çekimsel çöküşünden oluşan kara delikler değil; evrenin başlangıçtaki genişlemesi esnasında aşırı yoğun bir maddeden oluşmuş olan varsayımsal kara deliklerdir. Büyük Patlama Modeli'ne göre, Büyük Patlamanın ilk anlarında basınç ve sıcaklık aşırı derece yüksekti. Bu şartlar altında, maddenin yoğunluğundaki küçük dalgalanmalar yerel bölgelerde kara delik yaratacak kadar yoğunlaşmıştır. Buna rağmen,yoğunluğu fazla olan bölgeler evrenin genişlemesi nedeniyle kolayca dağılmış ve başlangıçtan beri var olan kara deliklerin durumlarını şu anda da devem ettirmelerine neden olmuş olurlardı. Başlangıç kara deliklerinin kütle oranlarının 1014 kg ile 1023 kg arasında değiştiği ve karanlık madde olabilecekleri iddia edilmiştir. Bu ihtimal küçük kütlelerin de karanlık madde olabilme ya da karanlık madde gibi davranabilme ihtimalinin olduğu düşüncesini doğurmuştur. Bu düşünce, kara deliklerin kütlelerinin hemen hemen küçük gezegenlerin kütleleri büyüklüğünde olacağından bizim dönemimize kadar varlıklarını sürdüremediklerini ve kütle çekimsel mercek gözlemleri içinde çok büyük olduklarını söyler.
Nötralino, süpersimetride varsayımsal bir parçacıktır. Fermiyon ve elektrik olarak nötr olan 4 nötralino vardır. En hafifleri tipik olarak dengelidir. Tipik olarak N͂1^0 ; N͂2^0, N͂3^0 ve N͂0^4 olarak adlandırılırlar. Bu 4 durum bino ve wino'nun karışımıdır. Genelde renkli süpersimetrik parçacıklardan oluşurlar.
F. Takayama and M. Yamaguchi, Phys. Lett. B 485 (2000)Genel görelilik ve Süpersimetri teorilerinin birleştirilmesi ile süper kütleçekimi oluşmuştur. Gravitino (G͂), graviton denilen varsayılmış parçacığın, süper simetrideki kalibretik Fermiyonudur. Bu parçacık, Kara madde için bir aday olarak önerilmiştir.
Negatif kütle, teorik fizikte normal kütlenin zıt işaretlisi olan varsayımsal madde kavramıdır, örneğin -2 kg. Bu durum bir ya da daha fazla enerji koşulunu ihlal eder ve negatif kütle için çekimin kuvvet olması gerektiği ve pozitif yönlü ivmeye sahip olması gerektiği anlaşmazlığından kaynaklanan bazı garip özellikler gösterir. Negatif kütle, solucan deliği inşa etme gibi bazı kuramsal teorilerde kullanılır. Egzotik maddeye benzeyen en yakın bilinen örnek Casimir etkisi tarafından üretilen sözde negatif basınç yoğunluğunun alanıdır. Genel izafiyet teorisinin kütleçekimini ve pozitif, negatif enerji yüklerinin hareket yasasını iyi tanımlamasına rağmen negatif kütle dolayısıyla başka temel kuvvetleri içermez. Diğer yandan, standart model, temel parçacıkları ve diğer temel kuvvetleri iyi tanımlamasına ve kütleçekimi kütle merkezini ve eylemsizliği derinlemesine içermesine rağmen kütleçekimini içermez. Negatif kütlenin kavramının daha iyi anlaşılabilmesi için kütleçekimini açık bir şekilde ifade eden modelle birlikte diğer temel kuvvetler de gerekebilir.
Değişmez kütle, durgun kütle, gerçek kütle, tam kütle ya da sınır sistemleri durumunda basitce kütle, bir objenin veya Lorentz dönüşümlerine göre tüm referans çerçevelerinde aynı olan objelerin sisteminin toplam enerji ve momentum karakteridir. Eğer momentum çerçevesinin bir merkezi sistemde oluşuyorsa, sistemin değişmez kütlesi toplam enerjinin ışık hızının karesine bölümüyle bulunur. Diğer referans çerçevelerinde, sistemin enerjisi artar yalnız sistemin momentumu bundan çıkarılmıştır, yani değişmez kütle aynı kalır.
Fizikte, ayna maddesi, gölge maddesi ya da Alice maddesi olarak da adlandırılır, sıradan maddeye varsayımsal bir karşılıktır. Modern fizik mekansal simetriyi üç temel tipte inceler: yansıma, dönme ve öteleme. Bilinen element parçacıkları dönme ve öteleme ile ilgilidir, ayna yansıma simetrisi ile değil . Dört temel etkileşimden –elektro manyetizm, güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve yerçekimi- sadece zayıf etkileşim eşitliği bozabilir (parity). Zayıf etkileşimler içinde parite ihlali ilk kez 1956 yılında τ-θ bulmaca için bir çözüm olarak Tsung Dao Lee ve Chen Ning Yang tarafından kabul edildi. Zayıf etkileşimine eşitlik(parity) durumunda değişip değişmediğini test etmeye yönelik bir dizi deney önerdiler. Bilinen parçacıkların zayıf etkileşim eşitliğini ihlal ettiği bu deneyler yarım yıl sonra yapıldı ve onaylandı.Fakat parçacık içeriği büyütülür ise parite simetri doğanın temel bir simetrisi olarak restore edilebilir, bu nedenle her parçacığın bir ayna ortağı vardır. Temel fikirler daha geriye dayansa da bu teorinin modern formu 1991 de açıklanmıştır. Ayna parçacıkları kendi aralarında sıradan parçacıklarla aynı şekilde etkileşime geçerler. Ama sırdan parçacıklar solak etkileşim gösterirken aya parçacıkları sağlak gösterir. Bu nedenle, her sıradan parçacık için bir ayna parçacığının olması şartıyla, ayna yansıma simetrisi doğanın tam bir simetrisi olarak kabul edilebilir. Eşitlik te kendiliğinden Higgs potansiyeline bağlı olarak bozulabilir. Bozulmamış eşit simetri durumda parçacık kütleleri ayna partnerleriyle aynı olur, bozulmuş eşit simetri durumda ise ayna partnerleri daha hafif ya da ağır olur. Ayna maddesi,eğer varsa, sıradan madde ile zayıf etkileşime girmesi gerekir. Çünkü ayna parçacıkları arasındaki etkileşim ayna bozonları aracılığıyla oluşur. Graviton istinasıyla,bilinen bozonlardan hiçbiri, onların ayna partneriyle özdeş olamaz. Ayna maddesi ve sıradan maddeler birbirini sadece kuvvetler vasıtasıyla etkilerken; yerçekimi, ayna bozonları ve sıradan bozonların karrışımlarının kinetic kuvvetidir ya da Holdom parçacıklarının değşim kuvvetidir. Bu karşılıklı etkileşimler sadece çok zayıf olabilir. Ayna parçacıkları, bu yüzden evrendeki karanlık maddenin sonuçları olduğu varsayılır.