Aine , eli materia ( lat. materia ) maaritellaan usein substanssiksi , josta havaittavat fysikaaliset objektit ja maailmankaikkeus koostuvat. Valo, energian aiheuttamat ilmiot ja voimat eivat ole ainetta. Havaittu aine koostuu atomeista , jotka koostuvat edelleen pienemmista osasista.

Kaikki aine koostuu alkuaineista tai niiden yhdisteista . Kemiallisissa reaktioissa alkuaineet eivat muutu toisiksi alkuaineiksi, mutta ne voivat sitoutuva toisiinsa siten, etta syntyy uusia yhdisteita. Vastaavasti yhdisteet voivat hajota toisiksi yhdisteiksi ja/tai alkuaineiksi. Kemiallisessa reaktiossa alku-aineiden ja yhdisteiden kokonais massa sailyy. Tata sanotaan aineen haviamattomyyden laiksi . Ydinreaktioissa alkuaineetkin muuttuvat toisiksi alkuaineiksi. Talloin yleensa vapautuu myos energiaa, joka on pois kokonaismassasta.

Maailmankaikkeudesta hieman alle 30 % on ainetta ja noin 70 % on pimeaa energiaa . ^[1] Aineen katsotaan jaaneen jaljelle symmetriarikon ansiosta alkurajahdyksen jalkeisessa baryonigeneesissa noin 13,7 miljardia vuotta sitten. ^[2] Aine esiintyy maailmankaikkeudessa paaosin kolmessa olomuodossa ; kiinteana , nesteena ja kaasuna , seka lisaksi plasmana , jonka asema aineen olomuotona on kuitenkin kiistanalainen. Aineen vastakohta on antiaine .

Klassinen "aine" koostuu fermioneista , joita ovat kvarkit ja leptonit . Kvarkkeja tunnetaan kuusi lajia, joiden nimet ovat ylos , alas , huippu , pohja , outo ja lumo . Kvarkkeja ei esiinny vapaina, vaan ne ovat aina yhtyneina joko kolmen kvarkin muodostamiksi hadroneiksi tai yhden kvarkin ja yhden antikvarkin muodostamiksi mesoneiksi .

Kaikki tavallinen aine muodostuu atomeista . Atomin ytimen muodostavat protonit ja neutronit , joista kaytetaan yhteisnimitysta nukleoni . Molemmat muodostuvat kolmesta kvarkista. Protoni koostuu kahdesta ylos-kvarkista ja yhdesta alas-kvarkista , neutroni sen sijaan yhdesta ylos- ja kahdesta alas-kvarkista. Koska ylos-kvarkin sahkovaraus on +2/3 alkeisvarausyksikkoa e ja alas-kvarkin -1/3 e , on protonin varaus +1 e ja neutronilla ei ole varausta. Muita kvarkkeja ei tavallisessa aineessa esiinny, mutta esimerkiksi hiukkaskiihdyttimilla niita on voitu tuottaa.

Atomin ydinta kiertavat elektronit , jotka kuuluvat leptoneihin. Elektronin sahkovaraus on -1 alkeisvarausyksikkoa. Atomissa on normaalisti yhta monta elektronia kuin sen ytimessa on protoniakin, joten se on sahkoisesti neutraali. Jos elektronien lukumaara poikkeaa protonien maarasta, on kyseessa sahkoisesti varautunut ioni . Atomit yhdistyvat edelleen kemiallisilla sidoksilla molekyyleiksi ja nama edelleen nesteiksi ja kiinteiksi aineiksi .

Elektronin ohella on olemassa muitakin leptoneja: myoni ja tau -hiukkanen seka kolme lajia neutriinoja . Naita esiintyy kuitenkin lahinna vain kosmisessa sateilyssa .

Fermionien lisaksi on olemassa toinenkin alkeishiukkasryhma : bosonit . Ne valittavat vuorovaikutuksia aineen perushiukkasten valilla. Bosoneja ovat mesonit , gluonit ja fotonit . Mesonit ja gluonit ovat vahvan vuorovaikutuksen seka fotonit sahkomagneettisen vuorovaikutuksen valittajahiukkasia. Heikkoa vuorovaikutusta valittaa W-bosoni . Teorian edellyttamia, mutta viela loytymattomia bosoneja ovat Higgsin hiukkanen seka gravitoni . Higgsin hiukkasen on paatelty selittavan kaikkien alkeishiukkasten massan, gravitonin puolestaan olevan painovoimaa eli gravitaatiota valittava hiukkanen .

Higgsin bosonia vastaava hiukkanen on loydetty CERNin LHC -hankkeessa 4. heinakuuta 2012. ^{[3] [4]}

Kaikille hiukkasille oletetaan loytyvan antihiukkanen supersymmetriateorian perusteella siten, etta jokaisella hiukkasella on vastaava antihiukkanen . Useat naista on havaittu, ennen kaikkea anti kvarkit ylos ja alas , seka anti elektroni eli positroni . Antiprotoni ja antineutroni ovat kolmen antikvarkin yhdistelmia. Nain ollen on teoreettisesti mahdollista konstruoida esimerkiksi antivety, jonka atomissa olisi ytimena antiprotoni ja sen ymparilla positroni.

Maailmankaikkeuden massasta oletetaan huomattavan osan olevan niin sanottua pimeaa ainetta . Pimeaa ainetta ei ole voitu suoranaisesti havaita, mutta sen olemassaolo on paatelty tahtitieteellisesti sen gravitaatiovaikutuksen avulla.

Pimea energia on luonteeltaan tarkemmin tuntematon energian muoto, jonka tiedetaan kiihdyttavan maailmankaikkeuden laajenemista. Merkitykseltaan sen voidaan sanoa vastaavan Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian varhaisimmissa versioissa esiintynytta kosmologista vakiota . Myohemmin Einstein tosin poisti kosmologisen vakion yhtaloistaan, mutta uudempien tutkimusten perusteella se olisi niihin palautettava.

• Karttunen, Hannu:  Fysiikka . Tiedetta kaikille. Ursan julkaisuja 89. Helsingissa: Tahtitieteellinen yhdistys Ursa, 2006. ISBN 952-5329-32-1 .