Inngangur

Yfirlit kafla
23.1 Grundvallarkraftarnir fjórir
23.2 Kvarkar
23.3 Sameining kraftanna
Inngangur
Líkt og Grikkir til forna höldum við áfram að leita að sífellt smærri byggingareiningum í náttúrunni, í þeirri von að finna að lokum og skilja þær grundvallarbyggingareiningar sem eru til. Atómeðlisfræði fjallar um minnstu einingar frumefna og efnasambanda. Í rannsóknum á þeim höfum við fundið tiltölulega fáar gerðir atóma með kerfisbundna eiginleika, og þessir eiginleikar hafa skýrt gífurlegan fjölda fyrirbæra. Kjarneðlisfræði fæst við kjarna atóma og undirgerð þeirra. Þar mynda fáar gerðir eininga, róteindir og nifteindir, alla kjarna. Rannsóknir á kerfisbundinni hegðun víxlverkana þeirra hafa leitt enn meira í ljós um efni, krafta og orku. Öreindafræði fjallar um undirgerð atóma og kjarna og beinist sérstaklega að því að finna þær raunverulegu grundvallareindir sem hafa enga frekari undirgerð. Líkt og í atóm- og kjarneðlisfræði höfum við fundið flókið safn einda og eiginleika með kerfisbundnum einkennum sem minna á lotukerfið og kjarnakortið. Undirliggjandi bygging blasir við og nokkur ástæða er til að ætla að við séum að finna eindir sem hafa enga undirgerð. Auðvitað höfum við áður verið í svipuðum sporum. Til dæmis voru atóm eitt sinn talin vera endanlegar undireiningar. Hugsanlegt er að við höldum áfram að finna æ dýpri byggingu án þess að uppgötva nokkurn tíma endanlega undirgerð; í vísindum er aldrei fullvissa. Sjá mynd 23.2.
Eiginleikar efnis byggjast á undireiningum sem kallast sameindir og atóm. Hvert atóm hefur undirgerð þar sem kjarni er umkringdur rafeindum, og víxlverkanir þeirra skýra eiginleika atóma. Róteindir og nifteindir, og víxlverkanirnar á milli þeirra, skýra stöðugleika og algengi frumefna og mynda undirgerð kjarna. Róteindir og nifteindir eru ekki grundvallareindir; þær eru samsettar úr kvörkum. Líkt og rafeindir og nokkrar aðrar eindir gætu kvarkar verið grundvallarbyggingareiningar alls efnis, án nokkurrar frekari undirgerðar. Sagan er þó ekki fullsögð, því kvarkar og rafeindir gætu haft undirgerð sem er smærri en hægt er að greina með núverandi tækni.

Þessi kafli fjallar um grunnatriði öreindafræðinnar eins og við þekkjum hana í dag. Í öreindafræði er nú að verða til merkileg samleitni viðfangsefna. Við sjáum að sumar eindir tengjast kröftum mjög náið og að náttúran á allra smæsta kvarða getur haft djúpstæð áhrif á stórgerð alheimsins. Þetta er ævintýri sem tekur besta vísindaskáldskap fram, því það er ekki aðeins stórbrotið heldur líka raunverulegt.