A subminat bazele fizicii particulelor. Model standard Model standard pentru interacțiunea particulelor elementare

Reprezentare modernă despre fizica particulelor este cuprinsă în așa-numitul model standard . Modelul standard (SM) al fizicii particulelor se bazează pe electrodinamica cuantică, cromodinamica cuantică și modelul quark-parton.
Electrodinamica cuantică (QED) - o teorie de înaltă precizie - descrie procesele care au loc sub acțiunea forțelor electromagnetice, care sunt studiate cu un grad ridicat de precizie.
Cromodinamica cuantică (QCD), care descrie procesele de interacțiuni puternice, este construită prin analogie cu QED, dar într-o măsură mai mare este un model semi-empiric.
Modelul quark-parton combină rezultatele teoretice și experimentale ale studierii proprietăților particulelor și interacțiunilor lor.
Până în prezent, nu au fost găsite abateri de la Modelul Standard.
Conținutul principal al Modelului Standard este prezentat în Tabelele 1, 2, 3. Constituenții materiei sunt trei generații de fermioni fundamentali (I, II, III), ale căror proprietăți sunt enumerate în Tabel. 1. Bosonii fundamentali - purtători de interacțiuni (Tabelul 2), care pot fi reprezentați folosind diagrama Feynman (Fig. 1).

Tabelul 1: Fermioni − (spin cu jumătate întreg în unități de ћ) constituenți ai materiei

	Leptoni, spin = 1/2			Quarci, spin = 1/2
	Aromă	Greutate, GeV/s 2	Electric taxa, de ex	Aromă	Greutate, GeV/s 2	Electric taxa, de ex
eu	v e	< 7·10 -9	0	tu, sus	0.005	2/3
	e, electron	0.000511	-1	d, jos	0.01	-1/3
II	ν μ	< 0.0003	0	c, farmec	1.5	2/3
	μ, muon	0.106	-1	s, ciudat	0.2	-1/3
III	ν τ	< 0.03	0	t, sus	170	2/3
	τ, tau	1.7771	-1	b, jos	4.7	-1/3

Tabelul 2: Bosoni - purtători de interacțiuni (spin = 0, 1, 2 ... în unități de ћ)

transportatorii interacțiuni	Greutate, GeV/s2	Electric taxa, de ex
Interacțiune electroslabă
γ, foton, spin = 1	0	0
W - , spin = 1	80.22	-1
W + , spin = 1	80.22	+1
Z 0, spin = 1	91.187	0
Interacțiune puternică (culoare).
5, gluoni, spin = 1	0	0
bozoni nedescoperiți
H0, Higgs, spin = 0	> 100	0
G, graviton, spin = 2	?	0

Tabelul 3: Caracteristici comparative interacțiuni fundamentale

Puterea interacțiunii este indicată în raport cu cea puternică.

Orez. 1: Diagrama Feynman: A + B = C + D, a este constanta de interacțiune, Q 2 = -t - 4-momentul pe care particulele A se transferă la particula B ca rezultat al unuia dintre cele patru tipuri de interacțiuni.

1.1 Fundamentele modelului standard

• Hadronii sunt formați din quarci și gluoni (partoni). Cuarcii sunt fermioni cu spin 1/2 și masa m 0; gluonii sunt bosoni cu spin 1 și masa m = 0.
• Quarcii sunt clasificați în două moduri: aromă și culoare. Există 6 arome de quarci și 3 culori pentru fiecare quarc.
• Savoarea este o caracteristică care se păstrează în interacțiuni puternice.
• Un gluon este format din două culori - o culoare și un anticolor, iar toate celelalte numere cuantice ale acestuia sunt egale cu zero. Când se emite un gluon, un quarc își schimbă culoarea, dar nu și aroma. Sunt 8 gluoni în total.
• Procesele elementare din QCD sunt construite prin analogie cu QED: bremsstrahlung unui gluon de către un quarc, producția de perechi quark-antiquark de către un gluon. Procesul de producere a gluonului de către un gluon nu are analog în QED.
• Câmpul de gluon static nu tinde spre zero la infinit, adică. energia totală a unui astfel de câmp este infinită. Astfel, quarcii nu pot zbura din hadroni; are loc izolarea.
• Între quarci acționează forțe atractive, care au două proprietăți neobișnuite: a) libertate asimptotică la distanțe foarte mici și b) captare în infraroșu - confinare, datorită faptului că energia potențială a interacțiunii V(r) crește la nesfârșit odată cu creșterea distanței dintre quarci r. , V(r ) = -α s /r + ær, α s și æ sunt constante.
• Interacțiunea quark-quarc nu este aditivă.
• Doar tălpile de culoare pot exista ca particule libere:
  singlet mezon, pentru care funcția de undă este dată de

și singlet barion cu funcție de undă

unde R este roșu, B este albastru, G este verde.

• Există cuarci actuali și constituenți, care au mase diferite.
• Secțiunile transversale ale procesului A + B = C + X cu schimbul unui gluon între quarcii care alcătuiesc hadronii sunt scrise astfel:

ŝ = x a x b s, = x a t/x c .

Simbolurile a, b, c, d denotă quarci și variabilele aferente acestora, simbolurile А, В, С denotă hadroni, ŝ, , , cantități legate de quarci, denotă funcția de distribuție a quarcilor a într-un hadron A (sau, respectiv, - quarcii b în hadronul B), este funcția de fragmentare a quarcului c în hadroni C, d/dt este secțiunea transversală elementară qq a interacțiunii.

1.2 Căutare abateri de la modelul standard

La energiile existente ale particulelor accelerate, toate prevederile QCD, și cu atât mai mult ale QED, se mențin bine. În experimentele planificate cu energii mai mari ale particulelor, una dintre sarcinile principale este găsirea abaterilor de la modelul standard.
Dezvoltarea ulterioară a fizicii de înaltă energie este asociată cu soluționarea următoarelor probleme:

1. Căutați particule exotice cu o structură diferită de cea acceptată în modelul standard.
2. Căutați oscilațiile neutrinilor ν μ ↔ ν τ și problema conexă a masei neutrinilor (ν m ≠ 0).
3. Căutați dezintegrarea unui proton a cărui durată de viață este estimată ca τ exp > 10 33 de ani.
4. Căutați structura particulelor fundamentale (șiruri, preoni la distanțe d< 10 -16 см).
5. Detectarea materiei hadronice deconfinate (plasma cuarc-gluon).
6. Studiul încălcării CP în dezintegrarea mezonilor K neutri, mezonilor D și particulelor B.
7. Studiul naturii materiei întunecate.
8. Studiul compoziției vidului.
9. Caută bosonul Higgs.
10. Căutați particule supersimetrice.

1.3 Întrebări nerezolvate ale modelului standard

Teoria fizică fundamentală, Modelul Standard al interacțiunilor electromagnetice, slabe și puternice ale particulelor elementare (quarci și leptoni) este o realizare general recunoscută a fizicii secolului XX. El explică toate faptele experimentale cunoscute în fizica microlumilor. Cu toate acestea, există o serie de întrebări la care modelul standard nu răspunde.

1. Natura mecanismului de încălcare spontană a invarianței ecartamentului electroslab este necunoscută.

• Explicarea existenței maselor pentru bosonii W ± - și Z 0 necesită introducerea în teoria câmpurilor scalare cu o stare fundamentală neinvariantă în raport cu transformările gauge - vid.
• Consecința acestui lucru este apariția unei noi particule scalare - bosonul Higgs.

1. SM nu explică natura numerelor cuantice.

• Ce sunt sarcinile (electrice; barion; lepton: Le, L μ , L τ : culoare: albastru, roșu, verde) și de ce sunt cuantificate?
• De ce există 3 generații de fermioni fundamentali (I, II, III)?

1. SM nu include gravitația, deci modul de includere a gravitației în SM este o nouă ipoteză despre existența unor dimensiuni suplimentare în spațiul microlumii.
2. Nu există nicio explicație de ce scara fundamentală Planck (M ~ 10 19 GeV) este atât de departe de scara fundamentală a interacțiunilor electroslabe (M ~ 10 2 GeV).

În prezent, există o modalitate de a rezolva aceste probleme. Constă în dezvoltarea unei noi idei despre structura particulelor fundamentale. Se presupune că particulele fundamentale sunt obiecte care sunt denumite în mod obișnuit „șiruri”. Proprietățile șirurilor sunt luate în considerare în modelul Superstring care se dezvoltă rapid, care pretinde că stabilește o legătură între fenomenele care apar în fizica particulelor și în astrofizică. Această legătură a condus la formularea unei noi discipline - cosmologia particulelor elementare.

model standard este o teorie modernă a structurii și interacțiunilor particulelor elementare, verificată în mod repetat experimental. Această teorie se bazează pe un număr foarte mic de postulate și vă permite să preziceți teoretic proprietățile a mii de procese diferite din lumea particulelor elementare. În majoritatea covârșitoare a cazurilor, aceste predicții sunt confirmate prin experiment, uneori cu o acuratețe excepțional de mare, iar acele cazuri rare în care predicțiile modelului standard nu sunt de acord cu experiența devin subiect de dezbatere aprinsă.

Modelul standard este granița care separă cunoscutul fiabil de ipotetic în lumea particulelor elementare. În ciuda succesului său impresionant în descrierea experimentelor, Modelul Standard nu poate fi considerat teoria supremă a particulelor elementare. Fizicienii sunt siguri că trebuie să facă parte dintr-o teorie mai profundă a structurii microlumilor. Ce fel de teorie este aceasta nu este încă cunoscută cu certitudine. Teoreticienii s-au dezvoltat număr mare candidați pentru o astfel de teorie, dar numai un experiment ar trebui să arate care dintre ele corespunde situației reale care s-a dezvoltat în Universul nostru. De aceea, fizicienii caută în mod constant orice abateri de la Modelul Standard, orice particule, forțe sau efecte care nu sunt prezise de Modelul Standard. Oamenii de știință numesc colectiv toate aceste fenomene „Fizică nouă”; exact caută New Physics și este sarcina principală a Large Hadron Collider.

Componentele principale ale modelului standard

Instrumentul de lucru al Modelului Standard este teoria câmpului cuantic - o teorie care înlocuiește mecanica cuantică la viteze apropiate de viteza luminii. Obiectele cheie din el nu sunt particule, ca în mecanica clasică, și nu „unde de particule”, ca în mecanica cuantică, ci câmpuri cuantice: electronic, muon, electromagnetic, quark etc. - câte unul pentru fiecare varietate de „entități ale microlumii”.

Atât vidul, cât și ceea ce percepem ca particule separate și formațiuni mai complexe care nu pot fi reduse la particule separate - toate acestea sunt descrise ca stări diferite ale câmpurilor. Când fizicienii folosesc cuvântul „particulă”, ei înseamnă de fapt aceste stări ale câmpurilor, și nu obiecte punctuale individuale.

Modelul standard include următoarele ingrediente principale:

• Un set de „cărămizi” fundamentale ale materiei - șase feluri de leptoni și șase feluri de quarci. Toate aceste particule sunt fermioni de spin 1/2 și se organizează foarte natural în trei generații. Numeroși hadroni - particule compuse implicate în interacțiunea puternică - sunt compuși din quarci în diverse combinații.
• Trei tipuri de forțe care actioneaza intre fermionii fundamentali - electromagnetici, slabi si puternici. Interacțiunile slabe și electromagnetice sunt două părți ale aceleiași interacțiune electroslabă. Forța puternică este separată și aceasta este cea care leagă quarcii în hadroni.
• Toate aceste forțe sunt descrise pe baza principiul gabaritului- nu sunt introduse în teorie „forțat”, ci par să apară de la sine ca urmare a cerinței ca teoria să fie simetrică față de anumite transformări. Tipuri separate de simetrie dau naștere la interacțiuni puternice și electroslabe.
• În ciuda faptului că există o simetrie electroslabă în teoria însăși, în lumea noastră este încălcată spontan. Ruperea spontană a simetriei electroslabe- un element necesar al teoriei, iar în cadrul Modelului Standard, încălcarea are loc din cauza mecanismului Higgs.
• Valori numerice pentru aproximativ două duzini de constante: acestea sunt masele fermionilor fundamentali, valorile numerice ale constantelor de cuplare ale interacțiunilor care caracterizează puterea acestora și alte cantități. Toate sunt extrase o dată pentru totdeauna din comparație cu experiența și nu mai sunt ajustate în calcule ulterioare.

În plus, Modelul Standard este o teorie renormalizabilă, adică toate aceste elemente sunt introduse în el într-un mod atât de auto-consecvent încât, în principiu, permite efectuarea calculelor cu gradul de acuratețe necesar. Cu toate acestea, de multe ori calculele cu gradul dorit de precizie se dovedesc a fi insuportabil de complexe, dar aceasta nu este o problemă a teoriei în sine, ci mai degrabă a abilităților noastre de calcul.

Ce poate și ce nu poate face modelul standard

Modelul standard este, în multe privințe, o teorie descriptivă. Nu oferă răspunsuri la multe întrebări care încep cu „de ce”: de ce există atât de multe particule și exact acestea? de unde aceste interacțiuni și exact cu astfel de proprietăți? De ce a trebuit natura să creeze trei generații de fermioni? De ce valorile numerice ale parametrilor sunt exact aceleași? În plus, Modelul Standard nu poate descrie unele dintre fenomenele observate în natură. În special, nu are loc pentru masele de neutrini și particulele de materie întunecată. Modelul Standard nu ține cont de gravitație și nu se știe ce se întâmplă cu această teorie pe scara de energii Planck, când gravitația devine extrem de importantă.

Dacă, totuși, Modelul Standard este utilizat în scopul propus, pentru prezicerea rezultatelor ciocnirilor de particule elementare, atunci acesta permite, în funcție de procesul specific, efectuarea de calcule cu grade diferite precizie.

• Pentru fenomene electromagnetice (difuzarea electronilor, niveluri de energie) precizia poate ajunge la părți pe milion sau chiar mai bine. Recordul aici este deținut de momentul magnetic anormal al electronului, care este calculat cu o precizie mai bună de o miliardime.
• Multe procese de înaltă energie care au loc datorită interacțiunilor electroslăbite sunt calculate cu o precizie mai bună decât un procent.
• Cel mai rău dintre toate este interacțiunea puternică la energii nu prea mari. Precizia calculării unor astfel de procese variază foarte mult: în unele cazuri poate ajunge la procente, în alte cazuri, abordări teoretice diferite pot da răspunsuri care diferă de câteva ori.

Merită să subliniem că faptul că unele procese sunt dificil de calculat cu precizia necesară nu înseamnă că „teoria este proastă”. Doar că este foarte complicat, iar tehnicile matematice actuale nu sunt încă suficiente pentru a-i urmări toate consecințele. În special, una dintre celebrele probleme matematice ale mileniului se referă la problema confinării în teoria cuantică cu interacțiunea gauge non-Abelian.

Literatură suplimentară:

• Informații de bază despre mecanismul Higgs pot fi găsite în cartea lui L. B. Okun „Fizica particulelor elementare” (la nivel de cuvinte și imagini) și „Leptoni și quarci” (la un nivel serios, dar accesibil).

Care este structura modelului standard? Care sunt proprietățile particulelor în modelul standard? Este posibilă existența celei de-a patra generații de particule elementare? Doctorul în științe fizice și matematice Dmitri Kazakov răspunde la aceste și la alte întrebări.

Ultima treime a secolului XX a fost marcată de faptul că a fost creat, confirmat experimental, acceptat și încununat. Premiul Nobel Model standard al interacțiunilor fundamentale. Ce este?

În primul rând, este un model care descrie particulele fundamentale ale materiei și toate interacțiunile lor. Acest model este un model al teoriei câmpurilor cuantice și este formulat ca teoria cuantică a câmpului lagrangiană. Aceasta este o teorie care este descrisă ca mecanica cuantică a câmpurilor, ale căror cuante sunt particule elementare și include toate particulele fundamentale ale materiei. Nu există atât de multe astfel de particule - acestea sunt șase quarci și șase leptoni. Ele sunt implicate în trei tipuri: puternice, slabe și electromagnetice. În acest caz, ignorăm interacțiunea gravitațională datorită micii sale și nu este inclusă în Modelul Standard. Deci, trei tipuri de interacțiuni și șase tipuri de particule.

Modelul standard are o structură, această structură este de obicei asociată cu grupuri de simetrie. Trei tipuri de interacțiuni - trei grupuri de simetrie. Toate aceste grupuri aparțin aceleiași clase - acestea sunt așa-numitele grupuri unitare. Interacțiunile electromagnetice sunt descrise de grupul de simetrie SU (1), grupuri unitare cu un parametru și, în consecință, o particule purtătoare de interacțiuni electromagnetice este un foton. Interacțiunile slabe au un grup de simetrie SU (2), există deja trei parametri aici și, în consecință, există trei particule-purtători de interacțiuni slabe - aceștia sunt bosonii W și Z. Interacțiunile puternice sunt descrise de grupul SU (3), există deja opt parametri și, în consecință, opt câmpuri purtătoare de interacțiune - se numesc gluoni. Este vorba despre purtătorii de interacțiuni.

Particulele de materie aparțin și ele reprezentărilor grupurilor de simetrie. Din punctul de vedere al grupului de interacțiuni puternice - și doar quarcii participă la ele - quarcii apar în Modelul Standard sub formă de tripleți, adică au numere cuantice care iau trei valori, adesea numite cuvântul „culoare”. „: albastru, roșu, verde. În interacțiunile slabe, toate particulele acționează ca dublete - aceasta este cea mai joasă reprezentare a grupului de simetrie al interacțiunilor slabe. Avem quarci sus și jos, un electron și un neutrin - acestea sunt exemple de două dublete.

Interesant este că quarcurile și leptonii se repetă, aceasta se numește generații. Există prima generație, a doua generație și a treia generație a modelului standard. În general, nu este foarte clar de ce natura a ales trei generații. Există prima generație de particule care alcătuiesc întreaga lume observabilă, există o copie - a doua generație și există o a treia copie - aceasta este a treia generație. Modelul standard include . Aceste particule sunt fundamentale în sensul că nu vedem nicio structură în aceste particule.

În general, nu se poate face o afirmație absolută, deoarece mai devreme protonul părea să fie și o particulă fără structură, iar apoi a fost descoperită această structură. Prin urmare, nu se poate spune că acele particule pe care acum le considerăm lipsite de structură sunt întotdeauna așa.

Poate că în viitor ni se va dezvălui ceva ce nu se știe acum. Dar astăzi acele particule care alcătuiesc Modelul Standard sunt particule punctiforme fără structură - acestea sunt quarci și leptoni, sunt reprezentate ca particule punctiforme ale Modelului Standard. Dacă vrem să descriem un proces care are loc în natură, de regulă, nu participă quarcii înșiși, ci particulele formate din quarci, adică hadroni. Leptonii - electron, muon, taon - sunt încă observați în natură sub formă de particule libere sau care interacționează. Prin urmare, procesele care sunt descrise cu leptoni sunt descrise direct de Modelul Standard, cu hadroni - indirect.

Într-un fel sau altul, orice interacțiuni și orice transformări pe care le observăm în natură, atât la distanțe mici, cât și la distanțe mari, sunt descrise de Modelul Standard.

În acest sens, Modelul Standard încununează întregul edificiu al fizicii particulelor și, într-un fel, întregul edificiu al fizicii fundamentale, deoarece descrie cele mai fundamentale legi ale naturii care sunt cunoscute astăzi.

Care sunt proprietățile particulelor incluse în modelul standard? În primul rând, suntem obișnuiți să descriem lumea cuantică cu ajutorul așa-numitelor numere cuantice. Un exemplu de număr cuantic este o sarcină electrică. Sarcina electrică este o caracteristică a unei particule pe care o înțelegem. Particulele sunt încărcate pozitiv, negative, deloc încărcate, iar sarcina electrică este de fapt un număr cuantic care este conservat în natură. Conservare incarcare electricaîn Modelul Standard este descris de grupul de simetrie corespunzător, conservarea sarcinii electrice rezultă din teoria simetriei.

Dar aceasta nu este singura caracteristică a particulelor, deoarece, după cum este bine cunoscut, există trei grupuri de simetrie în Modelul Standard. Interacțiunile puternice descriu obiecte colorate. Culoarea, desigur, este un concept condiționat, doar un număr cuantic care ia trei valori, este convenabil să-l desemnați cu culoare pentru claritate. Deci, sarcina de culoare are și un grup de simetrie și este, de asemenea, o cantitate conservată, încărcătura de culoare a quarcilor este conservată. Interacțiunile slabe au propria lor sarcină, ei o numesc stânga din cauza rotației - un nume ușor complicat care are motiv istoric, dar aceasta este și o caracteristică a interacțiunilor slabe, aceasta este și o sarcină care se conserva. Astfel, toate particulele au numere cuantice, sarcini cuantice, care sunt conservate, după cum rezultă din simetria Modelului Standard.

Există proprietăți în Modelul Standard care nu sunt foarte clare la prima vedere. De exemplu, când vorbim despre quarci, spunem că quarcii nu pot fi observați în stare liberă. Adică suntem atât de siguri că quarcii există în interiorul hadronilor, încât nu ni se pare ciudat faptul că nu îi putem observa direct. Dar proprietățile deținute de aceste particule se manifestă foarte bine în experiment și, prin urmare, în experiment, confirmăm toate proprietățile modelului standard.

Există caracteristici care nu sunt evidente. De exemplu, modelul standard descrie masele de particule și tranzițiile unui tip de particule în altele, menținând în același timp simetriile dorite. Un exemplu interesant interacțiune slabă, în care există o încălcare a unui număr de simetrii, în special, încălcarea parității spațiale sau încălcarea conjugării sarcinii, atunci când particulele sunt înlocuite cu antiparticule.

Ce altceva este inclus în modelul standard? Pe lângă quarci și leptoni, modelul standard include bosonul Higgs. a apărut în teorie pentru că era necesar să se găsească un mecanism care să dea masă tuturor particulelor modelului standard. Acest lucru a fost realizat prin descoperirea spontană a simetriei, prin introducerea în teorie a unui câmp scalar suplimentar, adică cu spin zero, care a fost numit bosonul Higgs.

Astfel, compoziția completă a câmpurilor Modelului Standard este formată din șase quarci, șase leptoni, un boson Higgs și purtători ai tuturor celor trei tipuri de interacțiuni. Toate aceste particule sunt descoperite experimental. Bosonul Higgs a fost ultima particulă descoperită în 2012. Toate celelalte au fost descoperite în secolul al XX-lea, ultimul a fost neutrinul, care se numește neutrinul taon, al treilea neutrin și a fost descoperit în 2000. Astfel, secolul al XX-lea a completat Modelul Standard, cu excepția bosonului Higgs, iar toate particulele au fost confirmate experimental.

Apare întrebarea: povestea se termină aici, sau poate mai sunt și alte particule care nu au intrat încă în Modelul Standard, dar vor trebui să intre acolo? Sau poate că există ceva complet diferit care nu este descris de Modelul Standard? Există diverse răspunsuri la toate aceste întrebări, nu știm încă adevărul.

În primul rând, dacă vorbim despre noi particule, cum ar fi noi quarci și noi leptoni, care nu au fost încă descoperiți, așa cum am spus, există trei generații ale acestor particule în Modelul Standard. Întrebarea este: există o a patra generație? Experimental, a patra generație nu este vizibilă. Mai mult, există date indirecte legate atât de experimentele de fizică a particulelor, cât și de cosmologie, care, poate, a patra generație nu există. Cert este că în Modelul Standard există un așa-numit: câți quarci, atât de mulți leptoni. Dar pentru leptoni (mai precis, pentru neutrini), numărul de câmpuri independente de neutrini este de trei. Există o mică lacună pentru a patra, dar, după toate probabilitățile, și aceasta va fi închisă în curând.

Dacă numărul de neutrini este trei și există o simetrie quark-lepton, atunci numărul de generații al tuturor celorlalte particule este de asemenea trei și astfel completăm Modelul Standard.

Există un singur boson Higgs. Ar putea fi două, sau patru, sau mai multe? Răspunsul este același: poate. Poate că există și alți bosoni Higgs, poate că am descoperit doar unul până acum. Dar teoria permite prezența un numar mare bosonii Higgs. Dacă există sau nu, este o chestiune de experimentare. În acest sens, s-ar putea dovedi că Modelul Standard nu este încă complet, noi particule urmând să fie încă descoperite. Dar poate nu - un boson este suficient pentru a da masă tuturor particulelor.

Interacțiuni noi - am vorbit despre trei tipuri de interacțiuni care sunt incluse în Modelul Standard, toate fiind realizate ca un schimb de purtători, câmpuri de calibre cu spin one. Într-un fel, bosonul Higgs poate fi considerat și purtătorul celei de-a patra interacțiuni atunci când acționează ca purtător al interacțiunii cu spin zero. Dar există mai mult? Există interacțiuni noi sau grupuri de simetrie noi care sunt mai largi decât modelul standard? Modelul standard nu este inclus ca componentăîntr-o teorie mai generală? Această întrebare este, de asemenea, deschisă. Este posibil să fie așa, este posibil să fie inclus într-o teorie mai generală, dar acest lucru nu este încă clar.

Trebuie spus că atunci când vorbim despre finalizarea triumfătoare a Modelului Standard, vorbim despre faptul că, fără excepție, toate experimentele care se desfășoară pe acceleratoare, în fizica subterană, în spațiu - toate sunt geniale, complet cu o precizie de invidiat, cu o precizie uneori de până la zece cifre a zecemiimii, sunt descrise de Modelul Standard. În acest sens, acesta este un model complet unic, care vă permite să descrieți o mare parte a naturii neînsuflețite folosind formule matematice universale foarte simple.

Reguli

Modelul standard constă din următoarele prevederi:

• Toată materia constă din 24 de câmpuri cuantice fundamentale de spin ½, ale căror cuante sunt particule fundamentale - fermioni, care pot fi combinate în trei generații de fermioni: 6 leptoni (electron, muon, tau lepton, electron neutrin, muon neutrin și tau neutrin). ), 6 cuarci (u, d, s, c, b, t) și 12 antiparticule corespunzătoare.
• Quarcii participă la interacțiuni puternice, slabe și electromagnetice; leptoni încărcați (electron, muon, tau-lepton) - în slab și electromagnetic; neutrini - numai în interacțiuni slabe.
• Toate cele trei tipuri de interacțiuni apar ca o consecință a postulatului că lumea noastră este simetrică în ceea ce privește trei tipuri de transformări gauge. Particulele-purtători ai interacțiunilor sunt bosonii:

8 gluoni pentru interacțiune puternică (grup de simetrie SU(3)); 3 bosoni de grosime (W + , W − , Z 0) pentru interacțiune slabă (grup de simetrie SU(2)); un foton pentru interacțiunea electromagnetică (grupul de simetrie U(1)).

• Spre deosebire de interacțiunile electromagnetice și puternice, interacțiunea slabă poate amesteca fermioni din generații diferite, ceea ce duce la instabilitatea tuturor particulelor, cu excepția celor mai ușoare, și la efecte precum violarea CP și oscilațiile neutrinilor.
• Parametrii externi ai modelului standard sunt:
  • masele leptonilor (3 parametri, se presupune că neutrinii sunt fără masă) și quarcilor (6 parametri), interpretate ca constante de interacțiune ale câmpurilor lor cu câmpul bosonului Higgs,
  • parametrii matricei de amestecare a cuarcilor CKM - trei unghiuri de amestecare și o fază complexă care rupe simetria CP - constante de interacțiune a cuarcilor cu un câmp electroslab,
  • doi parametri ai câmpului Higgs, care sunt legați în mod unic de valoarea așteptată a vidului și de masa bosonului Higgs,
  • trei constante de interacțiune asociate cu grupurile gauge U(1), SU(2) și respectiv SU(3) și care caracterizează intensitățile relative ale interacțiunilor electromagnetice, slabe și puternice.

Datorită descoperirii oscilațiilor neutrinilor, modelul standard are nevoie de o extensie care să introducă încă 3 mase de neutrini și cel puțin 4 parametri ai matricei de amestecare a neutrinilor PMNS asemănătoare matricei de amestecare a cuarcilor CKM și, eventual, încă 2 parametri de amestecare dacă neutrinii sunt Majorana. particule. De asemenea, unghiul de vid al cromodinamicii cuantice este uneori inclus printre parametrii modelului standard. Este de remarcat faptul că model matematic cu un set de 20 de numere impare este capabil să descrie rezultatele a milioane de experimente efectuate până în prezent în fizică.

Dincolo de modelul standard

Vezi si

Note

Literatură

• Emelyanov V.M. Modelul standard și extensiile sale. - M .: Fizmatlit, 2007. - 584 p. - (Fizică fundamentală și aplicată). - ISBN 978-5-922108-30-0

Legături

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Modelul standard” în alte dicționare:

MODEL STANDARD, un model de PARTICLE ELEMENTARE și interacțiunile acestora, care este cea mai completă descriere a fenomenelor fizice asociate cu electricitatea. Particulele sunt împărțite în HADRONI (transformându-se în QUARCI sub influența FORȚELOR NUCLARE), ... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

În fizica particulelor elementare, teoria, conform unui roi de bază. Particulele elementare (fundamentale) sunt quarcii și leptonii. Interacțiunea puternică, prin care quarcii se leagă în hadroni, se realizează prin schimbul de gluoni. Electroslab...... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

- ... Wikipedia

Modelul standard de comerț internațional- cel mai utilizat model de comerț internațional în prezent, relevând impactul comerțului exterior asupra principalilor indicatori macroeconomici ai țării comerciale: producție, consum, bunăstare publică... Economie: glosar

- (modelul Heckscher Ohlin) Modelul standard al comerțului exterior între țări (comerț intra-industrie) cu structură industrială diferită, numit după numele creatorilor săi suedezi. Conform acestui model, țările au aceeași producție ...... Dictionar economic

Tabloul științific al lumii (SCM) (unul dintre conceptele fundamentale în știința naturii) este o formă specială de sistematizare a cunoștințelor, o generalizare calitativă și sinteza ideologică a diferitelor teorii științifice. Fiind un sistem holistic de idei despre comun ... ... Wikipedia

C Standard Library assert.h complex.h ctype.h errno.h fenv.h float.h inttypes.h iso646.h limits.h locale.h math.h setjmp.h signal.h stdarg.h stdbool.h stddef. h ... Wikipedia

CONCEPTUL STANDARD DE ȘTIINȚĂ este o formă de analiză logică și metodologică a teoriilor științelor naturii, dezvoltată sub influența semnificativă a filozofiei neopozitiviste a științei. În cadrul conceptului standard de știință, proprietățile unei teorii (interpretate ca ... ... Enciclopedie filosofică

O formă de analiză logică și metodologică a teoriilor științelor naturale, dezvoltată sub influența semnificativă a filozofiei neopozitiviste a științei. În cadrul conceptului standard de știință, proprietățile unei teorii (interpretate ca un set de semnificații științific ... ... Enciclopedie filosofică

Cărți

• Fizica particulelor - 2013. Electrodinamica cuantică și modelul standard, O. M. Boyarkin, G. G. Boyarkina. În cel de-al doilea volum al unei cărți în două volume care conține un curs modern de fizica elementară a particulelor, electrodinamica cuantică este considerată ca primul exemplu al teoriei interacțiunilor reale...

O descoperire recentă a unei echipe de oameni de știință condusă de Joaquim Mathias a zdruncinat serios pentru prima dată fundamentul fizicii moderne a particulelor, și anume Modelul Standard. Cercetătorii au reușit să prezică o variantă non-standard a dezintegrarii unei particule B-mezon, pe care acest model nu ia în considerare. Mai mult, aproape imediat presupunerile lor au fost confirmate experimental.

Trebuie remarcat faptul că în În ultima vreme fizicienii implicați în studiul particulelor elementare spun din ce în ce mai mult că această disciplină a devenit deja înghesuită în cadrul Modelului standard familiar tuturor. Într-adevăr, au fost deja înregistrate multe fenomene, greu de explicat în cadrul acestuia. De exemplu, acest model nu poate prezice ce particule pot alcătui materia întunecată și, de asemenea, nu răspunde la întrebarea care chinuiește oamenii de știință de mult timp - de ce există mai multă materie în Universul nostru decât antimaterie (asimetrie barionică). Iar interpretarea erzionică a procesului de transmutare la rece a nucleelor, despre care am scris nu cu mult timp în urmă, depășește și „acțiunea” aceluiași Model Standard.

Cu toate acestea, totuși, majoritatea fizicienilor încă aderă la acest mod special de a explica viața misterioasă a particulelor elementare. Parțial datorită faptului că până acum nimeni nu a creat ceva mai bun, parțial pentru că majoritatea predicțiilor Modelului Standard au încă confirmare experimentală (ceea ce nu se poate spune despre ipoteze alternative). Mai mult, până de curând, în experimente nu au putut fi găsite abateri serioase de la acest model. Cu toate acestea, nu se pare că s-a întâmplat atât de mult în urmă. Acest lucru ar putea însemna nașterea unei teorii complet noi a fizicii particulelor, conform căreia actualul model standard va arăta ca un caz special - la fel ca teoria newtoniană. gravitatie arată ca un caz special de gravitație în cadrul teoriei generale a relativității.

Totul a început cu faptul că un grup internațional de fizicieni condus de Joaquim Mathias a făcut mai multe predicții despre ce fel de abateri în probabilitatea dezintegrarii mezonului B ar putea diverge de la Modelul Standard și ar putea indica o nouă fizică. Permiteți-mi să vă reamintesc că un mezon B este o particulă formată dintr-un cuarc b și un antiquarc d. Conform prevederilor Modelului Standard, această particulă se poate degrada într-un muon (o particulă încărcată negativ, de fapt un electron foarte greu) și un antimuon, deși probabilitatea unui astfel de eveniment nu este foarte mare. Cu toate acestea, anul trecut, la o conferință de la Kyoto, fizicienii care lucrează la Large Hadron Collider au raportat că au fost capabili să înregistreze urme ale unei astfel de dezintegrare (și cu probabilitatea care a fost prezisă teoretic).

Grupul Matthias a considerat că acest mezon ar trebui să se descompună oarecum diferit - într-o pereche de muoni și o particulă K* necunoscută până acum, care se descompune aproape imediat într-un kaon și un pion (doi mezoni mai ușori). Este de remarcat faptul că oamenii de știință au raportat despre rezultatele cercetării lor pe 19 iulie la o reuniune a Societății Europene de Fizică, iar următorul vorbitor dintre cei care au vorbit la acest eveniment (a fost fizicianul Nicolas Serra de la colaborarea LHCb de la Large Hadron). Collider) a raportat că grupul său a reușit să repare urme de astfel de defecțiuni. Mai mult decât atât, rezultatele experimentale ale grupului Serra au coincis aproape complet cu abaterile prezise în raportul dr. Matthias și al co-autorilor săi!

Interesant este că fizicienii evaluează aceste rezultate cu o semnificație statistică de 4,5σ, ceea ce înseamnă că fiabilitatea evenimentului descris este foarte, foarte mare. Permiteți-mi să vă reamintesc că dovezile experimentale de trei σ sunt considerate rezultate de semnificație semnificativă, iar cinci σ sunt considerate a fi o descoperire bine stabilită - aceasta este valoarea semnificației atribuită rezultatelor experimentelor de anul trecut, care au găsit în sfârșit urme. a existenţei bosonului Higgs.

Cu toate acestea, dr. Matthias însuși consideră că nu trebuie să ne grăbim încă să tragă concluzii. „Pentru a confirma aceste rezultate, vor fi necesare studii teoretice suplimentare, precum și noi măsurători. Cu toate acestea, dacă concluziile noastre sunt cu adevărat corecte, ne vom confrunta cu prima confirmare directă a existenței unei noi fizici - o teorie mai generală decât cea generală. a acceptat Modelul Standard. Dacă bosonul Higgs a permis în sfârșit să pună cap la cap puzzle-ul Modelului Standard, aceste rezultate ar putea fi prima piesă a unui nou puzzle - unul mult mai mare”, spune omul de știință.