Стандарден модел — теорија во честичната физика која се занимава со електромагнетните, слабо и силно јадрено заемодејство, преку овие заемодејства се разгледува движењето на познатите субатомски честички. Се развива како теорија цо подоцнежната половина од XX век како заеднички напор на научниците од целиот свет. Моменталниот запис е завршен во средината на седумдесеттите години на минатиот век по експерименталната потврда за постоењето на кварковите. Оттогаш, откриени се горен кварк (1995), тау неутрино (2000) и неодамна откриениот Хигсов бозон (2013), со што се потврди веродостојноста на стандардниот модел. Поради својата успешност да ги објасни големиот број на резултати од опити, стандардниот модел се смета на некој начин како „теорија на скоро сè“.
Стандардниот модел за малку не е целосна теорија на основните заемодејства. Не ја вклучува во себе целата теорија за гравитацијатаSean Carroll, Ph.D., Cal Tech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 page 59, Accessed Oct. 7, 2013, "...Standard Model of Particle Physics: The modern theory of elementary particles and their interactions ... It does not, strictly speaking, include gravity, although it's often convenient to include gravitons among the known particles of nature..." како што е опишана од општата теорија за релативноста, или да го објасни забрзувачкото ширење на универзумот (опишано преку темната енергија). Во моделот нема важечки честички на темната материја кои ги поседуваат сите својства добиени преку наблудување и космологијата. Исто така не ги вклучува неутринските колебања (и нивните маси различни од нула). Иако за стандардниот модел се верува дека теориски е само-одржлив In fact, there are mathematical issues regarding quantum field theories still under debate (see e.g. Landau pole), but the predictions extracted from the Standard Model by current methods applicable to current experiments are all self-consistent. For a further discussion see e.g. Chapter 25 of и успеал да потврди голем дел а воедно и да предвиди голем дел од експерименталните предвидувања, сепак некои појави остануваат необјаснети.
Развојот на стандардниот модел беше поттикнувана од теориските и експериментални физичари. За теоретичарите, стандардниот модел е основа за квантната теорија за полето, која поседува голем дел од физиката вклучувајќи ги тука и спонтаното нарушување на симетријата, аномалиите, нерастројното однесувањеитн. Се користи како основа за добивање на егзотични модели кои вклучуваат хипотетички честички, екстрадимензионалност и објаснување на симетриите (како што е суперсиметријата) со цел да се објаснат резултатите од опитите со понакви стандардни модели, како што се постоењето на темната материја и неутринските колебања.
Историска позадина
Првиот чекор кон создавање на стандардниот модел беше откритието за поврзување на електромагнетното и слабите заемодејства од страна на Шелдон Глешоу во 1961 година . Во 1967 година Стивен Вајнберг и Абдус Салам го вклучија Хигсовиот механизам во Глешоувата електрослаба теорија, до што истата ја доби современта форма.
За Хигсовиот механизам се верува дека го објаснува создавањето на масите на сите елементарни честички во стандардниот модел. Тука се вклучени и масите на W и Z бозоните и масите на фермионите, т.е. на кварковите и лептоните.
По откривањето на неутралната слаба струја создадена од замената на Z бозонот беа откриени во CERN во 1973 година, електрослабата теорија стана широко прифатена, па Глешоу, Салам и Вајнберг ја поделија Нобеловата награда за Физика за нејзиното откривање во 1979 година. W и Z бозоните експериментално беа откриени во 1981 година, и нивните маси беа точно онакви како што предвидување стандардниот модел.
Теоријата за силното заемодејство, за чие создавање придонесоа многу научници, ја доби својата современа форма во периодот околу 1973–74 година, кога опитите потврдија дека хадроните се составени од кваркови со дробни полнежи.
Преглед
Во денешницата, материјата и енергијата се најдобро разбрани преку кинематиката и заемодејствата на елементарните честички. До денес, физиката ги има објаснето законите кои го определуваат однесувањето и заемодејството на сите познати форми наматерија и енергија до најмалиот збир на основни закони и теории. Најголемата цел на физиката е да најде „заедништво“ кое би ги обединило сите теории во една сеопфатна теорија на сè, во која би влегле сите познати закони и од кои однесувањето на целата материја и енергија би се изведувале."Details can be worked out if the situation is simple enough for us to make an approximation, which is almost never, but often we can understand more or less what is happening." from The Feynman Lectures on Physics, Vol 1. pp. 2–7
Содржина од честички
Стандардниот модел вклучува членови на неколку класи на елементарни честички (фермиони, баждарни бозони и Хигсовиот бозон), кои можат да се разликуваат едни од други по одредени одлики, како што се бојата полнежот итн.
Фермиони
Стандардниот модел вклучува 12 елементарни честички со спин-½ познати како фермиони. Според спин-статистичката теорија, фермионите се покоруваат на Паулиевиот принцип. Секој фермион има соодветна античестичка.
Фермионите во стандардниот модел се класифицирани според тоа како заемодејствуваат (или пак, според полнежот кој го поседуваат). Постојат шест кваркови (горен, долен, волшебен, чуден, врвен, длабински), и шест лептони (електрон, електронско неутрино, мион, мионско неутрино, тау, тау неутрино). Паровите од секоја класификација се групирани заедно за да создадат семејство, со соодветните честички кои иммат слично физичко однесување (погледај во табелата).
Одредувачко својство на кварковите е дека тие поседуваат обоен полнеж, и поради ова, заемодејствуваат преку силното заемодејство.појавата наречена конфајмент ги прави кварковите постојано (или мошне брзо по големата експлозија) сврзани еден со друг, создавајќи обоено-неутрални композитни честички (хадрони) кои содржат или кварк или антикварк (мезони) или трикваркните (бариони). Познатите протон и неоутрон се два бариони со најмала маса. Кварковите исто така поседуваат електричен полнеж и слаб изоспин. Па поради ова тие заемодејствуваат со други фермиони кои се електромагнетни и преку слабото заемодејство.
Останатите шест фермиони не носат обоен полнеж и се наречени лептони. Трите неутрино честички немаат електричен полнеж, па нивното влијание е под влијание на слабата јадрена сила, поради што истите се познати по тешкотијата и трудот потребен за истите да се забележат. Како и да е, поради поседувањето на електричен полнеж, електронот, мионот, и тауто сите заемодејствуваат електромагнетен.
Секој член на семејството има поголема маса во споредба со соодветните честичките од пониските семејства. Првото семејство на честички кои поседуваат полнеж не се распаѓаат, па затоа сета обична (барионска)материја е составена од овакви честички. Познато е дека сите атоми имаат електрони кои се движат околу атомското јадро составени од горен и долен кварк. Второто и третото семејство на честички кои поседуваат полнеж, се распаѓаат за многу куси временски периоди, и истите можат да се набљудуваат само при средини во кои имамаме присуство на високи енергии. Неутрината од сите семејства не се распаѓаат, и патуваат низ универзумот, но ретко стапуваат во заемодејство со барионската материја.
Баждарни бозони
Кај стандардниот модел, баждарните бозони се дефинирани како носители на силата која ги одредува силното, слабото и електромагнетното заемодејство.
Заемодејствата во физиката се начините на кои честичките влијаат на другите честички. Во макроскопско ниво, електромагнетизмот овозможува честичките да заемодејствуваат една со друга преку електричното и магнетното поле, и гравитацијата која дозволува честичките со маса да се привлекуваат едни со други во согласност со Ајнштајновата теорија за општата релативност. Стандардниот модел објаснува сили кои се последица од честичките на материјата или размена на честички, познати под името „силопосредствени честички“ (строго речено, ова се случува само кога се користи „приближен метод“ познат како теоријата на растросјството). Кога се случува замена на силопосредствена честичка, на макроскопско ниво последиците се еднакви на сила која влијае на двете честички, па токму поради ова за честичката се вели дека посредувала (т.е., била застапник) на таа сила. Пресметките на Фајнмановиот дијаграм, кои се графички прикази на приближноста на теоријата на растројството, предизвикува „силопосредствените честички“, кога истите се разгледуваат при високоенергетски опити на расејување да се во согласност со овие податоци. Како и да е, теоријата на растројството (a со неа и „силопосредствените честички“) не се во согласност во останатите ситуации. Такви случаи се квантната хромодинамика, врзани состојби и солитоните.
Баждарните бозони во стандардниот модел поседуваат спин (како и честичките на маттеријата). Вредноста на спинот е 1, со шро тие се бозони. Поради ова својство, тие не се покоруваат на Паулиевиот принцип кои ги опфаќа фермионите: па така бозоните (на пример фотоните) немаат теориска граница на нивната просторна густина (број во единица волумен). Различните видови на баждарни бозони се опишани подолу.
Фотоните посредници на електромагнетната сила меѓу честичките со електричен полнеж. Фотонот нема маса и е задоволително опишан со помош на теоријата на квантната електродинамика. W +,W - и Z бозоните се баждарни бозони посредници на слабото заемодејство меѓу честичките со различни вкусови (сите кваркови и лептони). Тие се масивни, при што Z бозонот е помасивен од W ±. Слабите заемодејства вклучуваат и W ± кои исклучиво делуваат на леви честички и десни античестички. Понатамошно, W ± поседуваат електричен полнеж со вредности +1 и −1 и се поврзуваат со електромагнетното заемодејство. Електро неутралниот Z бозон заемодејствува истовремено и со левите честички и античестички. Овие три баждарни бозони заедно со фотоните се групирани заедно, бидејќи заедно посредуваат при електрослабото заемодејство. Осумте глуони посредници на силното заемодејство меѓу обоените полнежи на честичките (кваркови). Глуоните се без маса. Осумкратното умножување на глуоните се означува како обоен и необоен полнеж (пример црвено–незелено).Технички, постојат девет комбинации на боја-небоја. Како и да е, постои и обено-симетрична комбинација која се создава од линиска суперпозиција од деветте комбинации, со што бројот се сведува на осум. Бидејќи глуоните имаат делотворен обоен полнеж, истите заемодејствуваат и меѓусебно. Глуоните и нивните заемодејства се опишани со помош на теоријата на квантната хромодинамика.
Заемодејствата меѓу сите честички опишани од стандардниот модел се збирно прикажани на десно во овој пасус.
Хигсов бозон
Хигсовата честичка е масивна скаларна елементарна честичка опишана теориски од Роберт Брут, Франсоа Англер, Питер Хигс, Џералд Гуралник, Карл Ричард Хаген, and Том Кибл во 1964 година и е еден од најзначајните честички во стандардниот модел. Не поседува спин, и поради оваа причина е класифициран како бозон (како баждарните бозони кои имаат целобројни спинови).
Хигсовиот бозон игра важна улога во стандардниот модел, на тој начин што ја објаснува масивноста на останатите елементарните честички, но не и за фотоните и глуоните. Подетално, Хигсовиот бозон објаснува зашто фотонот нема маса, додека пак W и Z бозоните се доста масивни. Масите на елементарните честички и разликата меѓу електромагнетизмот (посредувано преку фотонот) и слабата сила (посредувана преку W и Z бозоните), се од критична важност во многу погледи на градбата на микроскопската (а со тоа и макроскопската) материја. Во електрослабата теорија, Хигсовиот бозон ја создава масата на лептоните (електрон, миони и тау ) како и масата на кварковите. Бидејќи и Хигсовиот бозон е масивен, истиот мора да заемодејствува со себеси.