La théorie des particules est une théorie de la matière incroyablement largement répandue, qui soutient, essentiellement, que la matière est composée de petites particules qui se déplacent constamment. La théorie des particules est le domaine de la physique des particules, également connue sous le nom de physique des hautes énergies, car bon nombre des particules les plus fondamentales ne se produisent généralement pas dans la nature, mais peuvent être générées en créant des interactions à extrêmement haute énergie entre les particules.
Le prédécesseur de la théorie des particules moderne remonte à la Grèce antique, lorsque les philosophes du 6ème siècle avant notre ère soutenaient qu’il existait des particules fondamentales de matière. Pendant des milliers d’années après cela, cependant, la théorie des particules a disparu dans la majeure partie du monde, avec diverses autres théories surgissant à la place. Au 19ème siècle, cependant, il a fait un retour, avec un scientifique nommé John Dalton proposant une particule fondamentale et indivisible qui composait toute la matière. Il nomma cette particule l’atome, du mot grec qui signifiait indivisible.
À la fin du 19e siècle, il était cependant devenu évident que l’atome n’était pas, en fait, indivisible, et qu’il y avait des particules encore plus petites qui constituaient l’atome. Au cours du 20e siècle et au 21e siècle, ces particules ont été divisées et de nouvelles particules à haute énergie ont été découvertes. La découverte de ces particules a permis d’affiner et d’étendre la nature de la physique des particules, et une grande partie du travail effectué aujourd’hui concerne la génération de nouvelles particules à observer. Cela se fait en créant des interactions à très haute énergie dans les accélérateurs de particules, où les particules sont lancées les unes contre les autres à des vitesses incroyablement élevées, se brisant essentiellement en leurs morceaux constitutifs et libérant des particules énergétiques qui se dissipent rapidement.
Le modèle de travail de la théorie des particules à l’heure actuelle est connu sous le nom de modèle standard. Le modèle standard, bien qu’il ne s’agisse pas d’une véritable théorie unificatrice, s’en rapproche remarquablement. Il aborde trois des quatre interactions connues : les forces électromagnétiques, fortes et faibles. Il ne traite pas de la force gravitationnelle, ce qui le rend incomplet, mais il permet toujours une bonne compréhension globale des particules et de l’univers dans son ensemble. Le modèle contient vingt-quatre particules fondamentales, qui composent la matière, et les bosons de jauge qui assurent la médiation des forces. Il prédit également un type de boson, le boson de Higgs, qui est le seul boson qui n’a pas encore été observé, devrait être détecté par le Grand collisionneur de hadrons.
À un niveau de base, la théorie des particules aide à catégoriser les trois principaux états de la matière que nous voyons au quotidien. Les particules sont considérées les unes par rapport aux autres, et la quantité d’énergie qu’elles ont, ce qui affecte leur mouvement. Dans un état où les particules sont fortement attirées les unes aux autres et sont maintenues étroitement ensemble dans un état où elles vibrent mais restent relativement fixes, un solide existe. Lorsqu’il y a une certaine attraction entre les particules, et qu’elles sont un peu maintenues ensemble, avec un degré de mouvement relativement libre, un liquide existe. Et lorsqu’il y a peu d’attraction entre les particules et qu’elles peuvent se déplacer librement, un gaz existe.