בחישוב פשוט בפיזיקה, "חלקיק" הוא מודל לגוף חומרי קטן, עם מיקום ותנע מוגדרים. המודל מניח שהגוף קשיח ולא מעוות. לעתים קוראים לו "חלקיק נקודתי" כשמזניחים את גודלו ומדברים רק על מרכז המסה שלו.
"חלקיק" כזה משמש בקירוב למכניקה הניוטונית כדי לתאר התנהגות של גופים קלאסיים. הוא מתאים לדברים כמו כדורי ביליארד, כיסא או מכונית אם מעוניינים רק במסלול ובתנע שלהם.
סוף המאה ה-19 הביא את התורה האטומית, שלפיה החומר בנוי מאטומים. בהתחלה ראו האטומים כחלקיקים נקודתיים. ניסויים בתחילת המאה ה-20 הראו שזה לא כל כך פשוט: האטום בעל מבנה פנימי וגודל סופי.
מכניקת הקוונטים (הענף שמתאר תופעות בעולמות קטנים מאוד) שינתה את ההבנה על חלקיקים. היא מראה שלחלקיקים יש גם תכונות של גלים. מיקום ותנע של חלקיק לא מוגדרים בוודאות לפי עקרון אי-הוודאות. כל חלקיק מקושר לפונקציית גל, שהיא פונקציה מתמטית שמתארת את ההסתברות למצוא אותו במקום מסוים. את ההתפתחות הזו מתארת משוואת הגלים של שרדינגר.
במקביל, מקרי אנרגיה של קרינה הראו שכדאי לחשוב על האור כחבילות אנרגיה נקראות פוטונים. מקס פלאנק ואלברט איינשטיין קישרו בין גלי קרינה לחלקיקים אלה.
במאה ה-20 פיתחו פיזיקאים כלים תאורטיים וניסויים כדי להבין חלקיקים יסודיים. משוואת דיראק שותפה להתפתחויות אלה. ריצ'רד פיינמן פיתח את תורת השדות הקוונטית, שבה הכוחות מתוארים באמצעות "חלקיקי כוח" שנושאים את הכוח. כך תואר הכוח האלקטרומגנטי באמצעות הפוטון.
הורחבו תיאורים לכוח הגרעיני החזק והחלש. בעקבות מחקרים וניסויים גילו מדענים קווארקים, חלקיקים שמרכיבים פרוטונים ונייטרונים. עבודות של מדענים כמו מארי גל-מאן ויובל נאמן סייעו לסדר את המגוון הגדול של חלקיקים.
היום החלקיקים היסודיים שמרכיבים את החומר ואת חלקיקי הכוח מסודרים במסגרת שנקראת המודל הסטנדרטי. תחום זה נקרא פיזיקת חלקיקים.
בתקופות מאוחרות יותר נוצרו תיאוריות כמו תורת המיתרים. לפי רעיון זה, מה שנראים כחלקיקים הם למעשה מיתרים זעירים ברטטים. תורת הממברנות היא גרסה נוספת, שבה ה"מיתרים" הם ממברנות חד-ממדיות או דו-ממדיות.
תיאוריות אלו ניסו להסביר בעיות עמוקות, בין היתר מצבים קיצוניים של היקום. הן עדיין בשלבי פיתוח ולא ניתן לאשש אותן ניסיונית בשל מגבלות טכניות של הניסויים.
חלקיק הוא רעיון בפיזיקה. זה גוף קטן עם מקום ומהירות. בחשיבה הפשוטה הוא קשיח ולא מתעוות.
לעתים מדברים על "חלקיק נקודתי". זה אומר שמזניחים את הגודל שלו ומסתכלים רק על נקודה אחת.
מדענים גילו שאטומים אינם רק נקודות קטנות. הם מורכבים מבפנים.
מכניקת הקוונטים אומרת שלחלקיקים יש גם תכונות של גל. מיקום החלקיק לא תמיד ברור עד שמודדים אותו. לכל חלקיק יש "פונקציית גל" שמראה איפה סביר למצוא אותו.
במקביל, גילינו שהאור בנוי מחלקיקים קטנים שנקראים פוטונים. פוטון הוא חלקיק של אור.
מדענים מצאו חלקיקים קטנים נוספים בשם קווארקים. קווארקים בונים פרוטונים ונייטרונים.
הרעיון שאוסף את כל החלקיקים נקרא המודל הסטנדרטי. הוא מסווג את אבני הבניין של החומר.
יש גם רעיונות אחרים. תורת המיתרים אומרת שחלקיקים הם מיתרים זעירים ברטט. תורת הממברנות אומרת שהם אולי דומים ל"שמיכות" זעירות. התיאוריות האלה נחקרות עוד.
