Hiukkasfysiikka on perushiukkasten ja niitä ohjaavien voimien tutkimus. Koska monet perushiukkasista esiintyvät vain suhteellisten törmäysten aikana hiukkaskiihdyttimissä, joita kutsutaan puhekielessä “atomien murskaimiksi”, hiukkasfysiikka tunnetaan myös nimellä “suuren energian fysiikka”. Fyysikot ovat lyöneet hiukkasia yhteen äärimmäisillä nopeuksilla vuodesta 1929.
Paras kuva hiukkasfysiikasta, jota meillä on nykyään, on vakiomalli, jota kehitettiin huolellisesti 1970 -luvulla. Se oli reaktio “hiukkaseläintarhaan”, valtavaan epätavallisten perushiukkasten lisääntymiseen, jotka löydettiin suuren energian fysiikkakokeissa 1950- ja 1960-luvuilla. Lopullinen hiukkasmäärä oli noin 31, mukaan lukien 24 fermionia (kvarkit, elektronit, neutriinot ja niiden antihiukkaset), 6 bosonia (joista yksi, gravitoni, ei ole vielä havaittu) ja yksi vaikeasti havaittava hiukkanen itse massan ominaisuus, jota ei ole vielä havaittu, Higgsin bosoni. Pohjimmiltaan fermionit muodostavat aineen ja bosonit välittävät aineiden välisiä vuorovaikutuksia. Tietokoneen näytöstä tuleva valo koostuu fotoneista, jotka ovat bosoneja. Ne ovat vuorovaikutuksessa silmämunasi muodostavien fermionien kanssa.
Suurin osa ympärillämme olevasta aineesta koostuu vain muutamista perushiukkasista: ylös-, alas- ja kvarkkeista. Kehomme läpi virtaa joka sekunti 50 biljoonaa pienimassallista neutriiniä, jotka kulkevat koko maapallon läpi melkein kuin sitä ei olisi edes olemassa. Neutrinot, joiden nimi tarkoittaa “pieni neutraali hiukkanen”, ovat niin vaikeasti havaittavia, että ei edes tiedetty, että niillä oli massa ennen vuotta 1998. Yksi tähtitieteen uusimmista alueista tunnetaan nimellä neutrino -tähtitiede, jossa neutrinovirtaus auringosta ja supernovista havaitaan valtavien ilmaisimien avulla.
Vaikka vain muutamat hiukkaset hiukkaseläintarhassa muodostavat meille tutun asian, hiukkasfysiikka antaa meille suuren käsityksen todellisuuden rakenteesta näyttämällä meille harvinaisempia variantteja ja kuinka ne sopivat yhteen yhtenäiseksi perheeksi. Hiukkasfysiikan voidaan sanoa olevan vastuussa ydinvoiman, ydinlääketieteen ja ydinpommien olemassaolosta. Hiukkasfysiikkaa pidetään yhtenä arvostetuimmista tieteenaloista, koska se tuottaa lopulta oivalluksia, jotka ovat hyödyllisiä muille aloille, kuten matematiikkaa.