Стандартная модель — это современная теория в физике элементарных частиц, описывающая известные фундаментальные силы (сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия) и элементарные частицы, из которых состоит вся материя
Кварки: 6 типов (ароматов): верхний (up), нижний (down), очарованный (charm), странный (strange), прелестный (bottom) и истинный (top). Кварки обладают электрическим зарядом и участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях. Они всегда существуют в составе составных частиц - адронов (барионов и мезонов).
Лептоны: 6 типов: электрон (electron), мюон (muon), тау-лептон (tau), электронное нейтрино (electron neutrino), мюонное нейтрино (muon neutrino), тау-нейтрино (tau neutrino). Лептоны участвуют в слабом и электромагнитном (заряженные лептоны) взаимодействиях. Нейтрино - электрически нейтральны и взаимодействуют только слабо.
Каждый тип кварка и лептона имеет соответствующую античастицу (например, антиэлектрон, также называемый позитроном).
Глюоны (gluons): Переносят сильное взаимодействие между кварками. Существует 8 типов глюонов.
Фотоны (photons): Переносят электромагнитное взаимодействие.
W и Z бозоны (W and Z bosons): Переносят слабое взаимодействие. Существуют W+, W- и Z0 бозоны.
Бозон Хиггса (Higgs boson): Отвечает за механизм Хиггса, который объясняет происхождение массы элементарных частиц.
Сильное взаимодействие: Удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а также удерживает протоны и нейтроны вместе в атомном ядре. Переносчики - глюоны.
Слабое взаимодействие: Отвечает за некоторые виды радиоактивного распада и играет роль в ядерных реакциях внутри звезд. Переносчики - W и Z бозоны.
Электромагнитное взаимодействие: Действует между электрически заряженными частицами. Отвечает за химические связи, свет и многие другие явления. Переносчик - фотон.
Квантовая теория поля: Стандартная модель основана на квантовой теории поля, которая объединяет квантовую механику и специальную теорию относительности.
Калибровочная инвариантность: Теория построена на принципе калибровочной инвариантности, что подразумевает, что физические законы не меняются при определенных преобразованиях (калибровочных преобразованиях).
Экспериментальная проверка: Стандартная модель была успешно проверена во множестве экспериментов, включая эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC).
Несмотря на свою успешность, Стандартная модель имеет ряд ограничений:
Не включает гравитацию: Стандартная модель не описывает гравитационное взаимодействие.
Не объясняет темную материю и темную энергию: Стандартная модель не может объяснить существование темной материи и темной энергии, которые составляют большую часть массы-энергии Вселенной.
Не объясняет массы нейтрино: Изначально считалось, что нейтрино не имеют массы, но эксперименты показали, что они обладают очень малой массой. Стандартная модель в своей первоначальной форме не могла этого объяснить.
Проблемы с иерархией: Существуют теоретические проблемы, связанные с огромной разницей между электрослабой шкалой и планковской шкалой (массой Планка).
Большое количество параметров: Стандартная модель содержит около 19 свободных параметров, значения которых должны быть определены экспериментально. Было бы желательно иметь теорию с меньшим количеством параметров.
Из-за ограничений Стандартной модели, физики продолжают разрабатывать новые теории, выходящие за ее рамки, такие как:
Суперсимметрия (SUSY): Предсказывает существование новых частиц-партнеров для каждой известной частицы.
Теория струн: Пытается объединить все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию, и описывает элементарные частицы как одномерные струны, а не как точечные объекты.
Различные модели, объясняющие массы нейтрино: Seesaw mechanism, Dirac neutrino mass models и другие.
Модели темной материи и темной энергии: WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), Axions и другие.
Стандартная модель – это фундамент современной физики частиц, но она не является окончательной теорией всего. Поиск новой физики за пределами Стандартной модели является одной из главных задач современной науки.