Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.
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.
Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.
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.
Parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları yüksek hızlara çıkarmak ve demet halinde bir arada tutmak için elektromanyetik alanları kullanan araçların genel adıdır. Büyük hızlandırıcılar parçacık fiziğinde çarpıştırıcılar olarak bilinirler. Diğer tip parçacık hızlandırıcılar, kanser hastalıklarında parçacık tedavisi, yoğun madde fiziği çalışmalarında senkrotron ışık kaynağı olmaları gibi birçok farklı uygulamalarda kullanılır. Şu an dünya çapında faaliyette olan 30.000'den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır.
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.
Teorik fizik, fiziğin matematiksel modellemeler ve fiziksel nesnelerin soyutlandırılmaları çalışmaları ve doğa olaylarını açıklayan, gerçekselleştiren ve tahmin yürüten fizik dalıdır. Bu deneysel fiziğin zıttıdır ki deneysel fizik araçlarla bu olayları soruşturur.
'Müon, elektron benzeri-1 e yük ve 1/2 spinli ancak daha yüksek kütleye sahip bir temel parçacık. Müon parçacığı, lepton olarak sınıflandırılmıştır. Diğer leptonlar gibi, Müonun da daha küçük parçacıklara indirgenemeyen bir parçacık olduğu düşünülmektedir.
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.
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.
Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
Kuantum kütleçekim kuramsal fiziğin bir dalı olup doğanın temel kuvvetlerinden üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile dördüncü temel kuvveti kütleçekimin kuramı olan genel göreliliğini birleştireceği düşünülen bir kuramdır.
İyonlaştırıcı olmayan radyasyon, bir atomdan veya molekülden bir elektronu tamamen koparabilmek için atomları veya molekülleri iyonlaştırabilecek yeterli enerji taşıyan kuantumlara sahip olmayan herhangi bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Elektromanyetik radyasyon, maddenin içinden geçerken yüklü iyonlar üretmez. Yalnızca, bir elektronu daha yüksek enerji seviyesine çıkaran uyarım için yeterli enerjiye sahiptir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyondan daha yüksek bir frekansa ve daha kısa dalga boyuna sahip olan iyonlaştırıcı radyasyon birçok kullanım alanına sahiptir, ancak sağlık için bir tehdit olabilir. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmak yanıklara, radyasyon hastalıklarına, kansere ve genetik hastalıklara sebep olabilir. İyonlaştırıcı radyasyon kullanmak, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanılırken genelde gerekli olmayan dikkatli ve özenle alınmış radyolojik korunma önlemleri gerektirir.
Carlo Rubbia, İtalyan Cumhuriyeti Liyakat Nişanı, CERN'de W ve Z parçacıklarının keşfindeki büyük katkılarından dolayı 1984 Nobel Fizik Ödülünü, Simon van der Meer ile paylaşan İtalyan parçacık fizikçisi ve mucit.
Kuramsal fizikte, parçacıksız fizik, parçacık fiziğindeki Standart Model ile açıklanamayan ve bileşenleri ölçeklere göre değişmeyen varsayımsal maddelerin olduğu şüpheli bir kuramdır, Howard Georgi bu kuramını Parçacıksız Fizik ve Parçacıksız Fizik Hakkındaki Diğer Gariplikler makalesi ile 2007'de ortaya atmıştır. Makalelerini, görüngübilimini, parçacıksız fiziğin özelliklerini ve parçacık fiziği, astrofizik, kozmoloji, CP bozması, lepton bozması, müon bozunması, nötrino salınımı ve süpersimetriyi de araştırmasıyla birlikte düzenli olarak yayınlamıştır.
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.
Sicim kuramı, diğer fiziksel bilimlerin tarihinin aksine çekirdek bilimi ile daha alakalı bir tarihe sahiptir. Sicim kuramı, aslında fiziksel olarak test edilemeyen bir bilim olduğundan, fizik olup olmadığı tartışmaya açıktır, ancak kuramın türev paralelleri test edilebilir fiziktir. Dolayısıyla, kuramın gelişimini anlamak için kendi içindeki disiplinini anlamak oldukça işe yarayacaktır. Sicim kuramı, parçacık fiziğindeki noktasal parçacıkların yerini tek boyutlu sicim adında nesnelerin aldığını iddia eder kuramsal bir sistemdir. Birbirini izleyen girişimler bu kuramın özlü tarihi olmaktadır.
Kuantum optiği yarı klasik ve kuantum mekaniği fiziğini kullanarak ışığı içeren olayları ve onun mikroskobik seviyelerdeki maddelerle etkileşimini inceler.