Standardní model - Standard Model

z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Standardní model z fyziky částic je teorie popisující tři ze čtyř známých základních sil (na elektromagnetické , slabé a silné interakce, zatímco vynechání gravitaci ) ve vesmíru , stejně jako zařazení všechny známé elementární částice . Byl vyvinut ve fázích v průběhu druhé poloviny 20. století, díky práci mnoha vědců z celého světa, přičemž současná formulace byla dokončena v polovině 70. let po experimentálním potvrzení existence kvarků . Od té doby potvrzení nejvyššího kvarku (1995), tau neutrina (2000) a Higgsova bosonu (2012) přidalo standardnímu modelu další důvěryhodnost. Standardní model navíc s velkou přesností předpovídal různé vlastnosti slabých neutrálních proudů a bosonů W a Z.

Ačkoli se věří, že standardní model je teoreticky soběstačný a prokázal obrovské úspěchy při poskytování experimentálních předpovědí , ponechává některé jevy nevysvětlené a postrádá úplnou teorii základních interakcí . Neobjasňuje plně baryonovou asymetrii , neobsahuje úplnou teorii gravitace, jak je popsána obecnou relativitou , ani neodpovídá zrychlující expanzi vesmíru, jak ji případně popisuje temná energie . Model neobsahuje žádné životaschopné částice temné hmoty, které mají všechny požadované vlastnosti odvozené z pozorovací kosmologie . Nezahrnuje také oscilace neutrin a jejich nenulové hmotnosti.

Vývoj standardního modelu byl veden teoretickými i experimentálními částicovými fyziky. Pro teoretiky je standardní model paradigmatem kvantové teorie pole , která ukazuje širokou škálu jevů včetně spontánního narušení symetrie , anomálií a nerušivého chování. Používá se jako základ pro stavbu exotičtějších modelů, které obsahují hypotetické částice , extra dimenze a propracované symetrie (jako je supersymetrie ) ve snaze vysvětlit experimentální výsledky v rozporu se standardním modelem, jako je existence temné hmoty a neutrin kmity.

Historické pozadí

V roce 1954 rozšířili Chen Ning Yang a Robert Mills koncept teorie měřidel pro abelianské skupiny , např. Kvantovou elektrodynamiku , na neabelické skupiny, aby poskytli vysvětlení silných interakcí . V roce 1957 Chien-Shiung Wu prokázal, že parita nebyla ve slabé interakci zachována . V roce 1961 Sheldon Glashow spojil elektromagnetické a slabé interakce . V roce 1967 Steven Weinberg a Abdus Salam začlenili Higgsův mechanismus do Glashowovy elektroslabé interakce , což mu dodalo moderní podobu.

Věří se, že Higgsův mechanismus vede ke vzniku hmot všech elementárních částic ve standardním modelu. To zahrnuje hmotnosti W a Z bosonů a hmotnosti fermionů , tj. Kvarků a leptonů .

Poté, co byly v CERNu v roce 1973 objeveny neutrální slabé proudy způsobené výměnou Z bosonů , se elektroslabá teorie stala široce přijímanou a Glashow, Salam a Weinberg sdíleli Nobelovu cenu za fyziku z roku 1979 za její objev. Bosony W ± a Z 0 byly objeveny experimentálně v roce 1983; a bylo zjištěno, že poměr jejich hmot je takový, jaký předpovídal standardní model.

Teorie silné interakce (tj. Kvantová chromodynamika , QCD), ke které mnozí přispěli, získala svou moderní podobu v letech 1973–74, kdy byla navržena asymptotická svoboda (vývoj, díky kterému se QCD stalo hlavním zaměřením teoretického výzkumu) a experimenty potvrdily, že hadrony byly složeny z frakčně nabitých kvarků.

Pojem „standardní model“ poprvé vytvořili Abraham Pais a Sam Treiman v roce 1975 s odkazem na elektroslabou teorii se čtyřmi kvarky.

Obsah částic

Standardní model zahrnuje členy několika tříd elementárních částic, které lze zase odlišit jinými charakteristikami, například barevným nábojem .

Všechny částice lze shrnout následovně:

Elementární částice
Elementární fermiónyHalf-integer spinDodržujte statistiky Fermi -Diraca Elementární bosonyCeločíselné otáčeníŘiďte se statistikami Bose – Einsteina
Kvarky a antikvarkyTočit = 1/2Nabijte barvuÚčastněte se silných interakcí Leptony a antileptonyTočit = 1/2Žádný barevný poplatekElektroslabé interakce Rozchodné bosonyTočit = 1Nosiče sil Skalární bosonyTočení = 0
Tři generace
  1. Nahoru (u),
    Dolů (d)
  2. Kouzlo (c),
    Strange (s)
  3. Nahoře (t),
    dole (b)
Tři generace
  1. Elektron (
    E-
    ),  [†]
    Elektronové neutrino (
    ν
    E
    )
  2. Muon (
    μ-
    ),
    Muon neutrino (
    ν
    μ
    )
  3. Tau (
    τ-
    ),
    Tau neutrino (
    ν
    τ
    )
Čtyři druhy
  1. Foton
    (
    γ
    ; elektromagnetická interakce )
  2. W a Z bosony
    (
    W+
    ,
    W-
    ,
    Z
    ; slabá interakce )
  3. Osm typů gluonů
    (
    G
    ; silná interakce )
Unikátní

Higgsův boson (
H0
)

Poznámky :
[†] Anti-elektron (
E+
) se běžně nazývá „ pozitron “.

Fermiři

Standardní model zahrnuje 12 elementární částice z spinem 1 / 2 , známé jako fermiony . Podle teorémy spin -statistiky respektují fermiony Pauliho vylučovací princip . Každý fermion má odpovídající antičástici .

Fermiony jsou klasifikovány podle toho, jak interagují (nebo ekvivalentně podle toho, jaké náboje nesou). Existuje šest kvarků ( nahoru , dolů , kouzlo , zvláštní , horní , dolní ) a šest leptonů ( elektron , elektronové neutrino , mion , mionové neutrino , tau , tau neutrino ). Každá třída je rozdělena do párů částic, které vykazují podobné fyzické chování nazývané generace (viz tabulka).

Definující vlastností kvarků je, že nesou barevný náboj , a proto interagují prostřednictvím silné interakce . Fenomén barevného omezení vede k tomu, že jsou kvarky navzájem velmi silně spojeny a vytvářejí barevně neutrální kompozitní částice zvané hadrony, které obsahují buď kvark a antikvark ( mezony ) nebo tři kvarky ( baryony ). Nejlehčí baryony jsou proton a neutron . Kvarky také nesou elektrický náboj a slabý isospin . Proto interagují s jinými fermiony prostřednictvím elektromagnetismu a slabé interakce . Zbývajících šest fermiónů nenese barevný náboj a říká se jim leptony. Tři neutrina také nenesou elektrický náboj, takže jejich pohyb je přímo ovlivněn pouze slabou jadernou silou a gravitací, což je notoricky obtížně detekovatelné. Naproti tomu díky přenosu elektrického náboje elektron, mion a tau elektromagneticky interagují.

Každý člen generace má větší hmotnost než odpovídající částice jakékoli generace před ní. Nabité částice první generace se nerozpadají, a proto je z těchto částic vyrobena veškerá běžná ( baryonická ) hmota. Konkrétně všechny atomy se skládají z elektronů obíhajících kolem atomových jader , které se nakonec skládají z kvarků nahoru a dolů. Na druhou stranu, nabité částice druhé a třetí generace se rozpadají s velmi krátkými poločasy a jsou pozorovány pouze ve velmi vysokoenergetických prostředích. Neutrina všech generací se také nerozpadají a prostupují vesmírem, ale jen zřídka interagují s baryonickou hmotou.

Rozchodné bosony

Interakce ve standardním modelu. Všechny Feynmanovy diagramy v modelu jsou vytvořeny z kombinací těchto vrcholů. q je libovolný kvark, g je gluon, X je libovolná nabitá částice, γ je foton, f je jakýkoli fermion, m je jakákoli částice s hmotností (s možnou výjimkou neutrin), m B je jakýkoli boson s hmotností. V diagramech s více značkami částic oddělenými / je vybrána jedna značka částic. V diagramech se štítky částic oddělenými | štítky musí být vybrány ve stejném pořadí. Například v případě čtyř bosonového elektroslabého jsou platnými diagramy WWWW, WWZZ, WWγγ, WWZγ. Konjugát každého uvedeného vrcholu (obrácení směru šipek) je také povolen.

Ve standardním modelu jsou měřicí bosony definovány jako nosiče síly, které zprostředkovávají silné, slabé a elektromagnetické základní interakce .

Interakce ve fyzice jsou způsoby, kterými částice ovlivňují jiné částice. Na makroskopické úrovni umožňuje elektromagnetismus vzájemné působení částic pomocí elektrického a magnetického pole a gravitace umožňuje přitahování částic s hmotností podle Einsteinovy ​​teorie obecné relativity . Standardní model vysvětluje takové síly, které jsou výsledkem částic hmoty, které si vyměňují jiné částice , obecně označované jako částice zprostředkující sílu . Když dojde k výměně částice zprostředkující sílu, účinek na makroskopické úrovni je ekvivalentní síle ovlivňující obě tyto částice, a proto se říká, že částice tuto sílu zprostředkovala (tj. Byla původcem). Tyto Feynman diagram výpočty, které jsou grafické znázornění poruchové teorie aproximace, vyvolejte „částic síla zprostředkování“, a když se aplikuje na analýze vysoké energii rozptylující experimenty jsou v rozumné shodě s daty. Teorie poruchy (a s ní i koncept „částice zprostředkující sílu“) však v jiných situacích selhává. Patří sem kvantová chromodynamika s nízkou energií , vázané stavy a solitony .

Všechny měřicí bosony standardního modelu mají spin (stejně jako částice hmoty). Hodnota roztočení je 1, což z nich činí bosony . V důsledku toho nedodržují Pauliho vylučovací princip, který omezuje fermiony : bosony (např. Fotony) tedy nemají teoretický limit na svou prostorovou hustotu (počet na objem) . Typy měřicích bosonů jsou popsány níže.

  • Fotony zprostředkovávají elektromagnetickou sílu mezi elektricky nabitými částicemi. Foton je bezhmotný a je dobře popsán teorií kvantové elektrodynamiky .
  • The
    W+
    ,
    W-
    , a
    Z
    měřicí bosony zprostředkovávají slabé interakce mezi částicemi různých příchutí (všechny kvarky a leptony). Jsou masivní, s
    Z
    být masivnější než
    W±
    . Slabé interakce zahrnující
    W±
    jednat pouze o leváky částic a praváky antičástic . The
    W±
    nese elektrický náboj +1 a -1 a spojuje se s elektromagnetickou interakcí. Elektricky neutrální
    Z
    boson interaguje jak s částicemi pro leváky, tak s pravotočivými antičásticemi. Tyto tři měřicí bosony spolu s fotony jsou seskupeny dohromady a společně zprostředkovávají elektroslabou interakci.
  • Osm gluonů zprostředkovává silné interakce mezi barevně nabitými částicemi (kvarky). Gluony jsou bezhmotné. Osminásobná multiplicita gluonů je označena kombinací barevného a antikolorového náboje (např. Červená – antigreen). Protože gluony mají účinný barevný náboj, mohou také interagovat mezi sebou. Gluony a jejich interakce jsou popsány teorií kvantové chromodynamiky .

Interakce mezi všemi částicemi popsanými standardním modelem jsou shrnuty v diagramech vpravo od této části.

Higgsův boson

Higgsova částice je masivní skalární elementární částice teoretizovaná Peterem Higgsem v roce 1964, kdy ukázal, že Goldstoneova věta z roku 1962 (generická spojitá symetrie, která je spontánně narušena) poskytuje třetí polarizaci masivního vektorového pole. Goldstoneův původní skalární dublet, masivní částice s nulovou spinem, byl proto navržen jako Higgsův boson a je klíčovým stavebním kamenem standardního modelu. Nemá žádné vnitřní otáčení , a proto je klasifikován jako boson (jako měřicí bosony, které mají celé číslo ).

Higgsův boson hraje ve standardním modelu jedinečnou roli tím, že vysvětluje, proč jsou ostatní elementární částice, kromě fotonu a gluonu , masivní. Higgsův boson zejména vysvětluje, proč foton nemá žádnou hmotnost, zatímco bosony W a Z jsou velmi těžké. Hmotnosti elementárních částic a rozdíly mezi elektromagnetismem (zprostředkovaným fotonem) a slabou silou (zprostředkovanou W a Z bosony) jsou rozhodující pro mnoho aspektů struktury mikroskopické (a tedy i makroskopické) hmoty. V elektroslabé teorii generuje Higgsův boson hmoty leptonů (elektronů, mionů a tau) a kvarků. Jelikož je Higgsův boson masivní, musí interagovat sám se sebou.

Protože Higgsův boson je velmi masivní částice a také se téměř rozpadá, když je vytvořen, může jej pozorovat a zaznamenávat pouze urychlovač částic s velmi vysokou energií . Experimenty pro potvrzení a určují charakter boson Higgs pomocí Large Hadron Collider (LHC) v CERNu začala na počátku roku 2010 a byly provedeny u Fermilab je Tevatron až do jeho uzavření na konci roku 2011. Matematická konzistenci standardní model vyžaduje, aby jakýkoli mechanismus schopné generovat masy elementárních částic musí být viditelné při energiích výše1,4  TeV ; proto LHC (navržen tak, aby srazil dva7 TeV protonových paprsků) byl postaven tak, aby odpověděl na otázku, zda Higgsův boson skutečně existuje.

Dne 4. července 2012 dva z experimentů na LHC ( ATLAS a CMS ) oznámily nezávisle na sobě, že našli novou částici o hmotnosti přibližně125  GeV/ c 2 (asi 133 hmot protonů, řádově10 × 10 −25  kg ), což je „v souladu s Higgsovým bosonem“. Dne 13. března 2013 bylo potvrzeno, že jde o hledaný Higgsův boson.

Teoretické aspekty

Konstrukce standardního modelu Lagrangian

Technicky kvantová teorie pole poskytuje matematický rámec pro standardní model, ve kterém Lagrangian řídí dynamiku a kinematiku teorie. Každý druh částice je popsán pomocí dynamického pole, které prostupuje časoprostorem . Konstrukce standardního modelu probíhá podle moderní metody konstruování většiny polních teorií: nejprve postulováním sady symetrií systému a poté zapsáním nejobecnějšího renormalizovatelného Lagrangian z obsahu částic (pole), který tyto symetrie pozoruje.

Globální Poincaré symetrii Předpokládá se pro všechny relativistické kvantové polní teorie. Skládá se ze známé translační symetrie , rotační symetrie a invariance setrvačného referenčního rámce, která je ústředním bodem teorie speciální relativity . Místní SU (3) x SU (2) x U (1) měřidlo symetrie je vnitřní symetrie , která v podstatě definuje standardní model. Zhruba tři faktory symetrie měřidla vedou ke třem základním interakcím. Pole spadají do různých reprezentací různých skupin symetrie standardního modelu (viz tabulka). Při psaní nejobecnější Lagrangian, jeden zjistí, že dynamika závisí na 19 parametrech, jejichž číselné hodnoty jsou stanoveny experimentem. Parametry jsou shrnuty v tabulce (viditelné kliknutím na "zobrazit") výše.

Sektor kvantové chromodynamiky

Sektor kvantová chromodynamika (QCD) definuje interakce mezi kvarky gluons, což je Yang-Mills kalibrační teorie s SU (3) symetrie, generované T s . Protože leptony nereagují s gluony, nejsou tímto sektorem ovlivněny. Dirac Lagrangian z kvarků spojených s gluonovými poli je dán vztahem

kde

ψ
je Diracův spinor kvarkového pole, kde i = {r, g, b} představuje barvu,
γ μ jsou Diracovy matice ,
Ga
μ
je pole 8-komponentního ( ) SU (3) měřidla,
Ta
ij
jsou matice Gell-Mann 3 × 3 , generátory barevné skupiny SU (3),
Ga
μν
představuje tenzor síly gluonového pole ,
g s je silná vazebná konstanta.

Elektroslabý sektor

Elektroslabý sektor je teorie měřidla Yang – Mills se skupinou symetrie U (1) × SU (2) L ,

kde

B μ je pole měřidla U (1),
Y W je slabý hypernáboj - generátor skupiny U (1),
W μ je 3komponentní pole měřidla SU (2),
τ L jsou Pauliho matice -nekonečněmalé generátory skupiny SU (2)-s dolnímindexem L, který naznačuje, že působí pouze na levostranné chirální fermiony,
g ' a g jsou vazebné konstanty U (1) a SU (2),
( ) a jsou tenzory intenzity pole pro slabý isospin a slabá pole s hypernábojem.

Všimněte si, že přidání hmotnostních výrazů fermionu do elektroslabého lagrangian je zakázáno, protože podmínky formy nerespektují invariance měřidla U (1) × SU (2) L. Rovněž není možné přidat explicitní hmotnostní výrazy pro pole měřidla U (1) a SU (2). Higgsův mechanismus je zodpovědný za generování hmotnostních bosonových hmot a fermionové hmoty jsou výsledkem interakcí typu Yukawa s Higgsovým polem.

Higgsův sektor

Ve standardním modelu je Higgsovo pole komplexním skalárem skupiny SU (2) L :

kde horní indexy + a 0 označují elektrický náboj ( Q ) komponent. Slabý hypernáboj ( Y W ) obou komponent je 1.

Před porušením symetrie je Higgs Lagrangian

které až do divergenčního výrazu (tj. po částečné integraci) lze také zapsat jako

Higgs vlastním spojením síla λ je přibližně 1 / 8 . To není zahrnuto v tabulce výše, protože to lze odvodit z hmotnosti (po porušení symetrie) a hodnoty očekávání vakua.

Sektor Yukawa

Podmínky interakce Yukawa jsou

kde G u, d jsou 3 × 3 matice Yukawských spojek, přičemž ij termín dává spojení generací i a j a hc znamená hermitovský konjugát předchozích termínů.

Základní interakce

Standardní model popisuje tři ze čtyř základních interakcí v přírodě; pouze gravitace zůstává nevysvětlena. Ve standardním modelu je taková interakce popsána jako výměna bosonů mezi ovlivněnými objekty, jako je foton pro elektromagnetickou sílu a gluon pro silnou interakci. Těmto částicím se říká nosiče síly nebo částice posla .

Čtyři základní interakce přírody
Vlastnost/interakce Gravitace Elektroslabý Silný
Slabý Elektromagnetické Základní Reziduální
Zprostředkující částice Dosud nepozorováno
( předpokládá Graviton )
W + , W - a Z 0 γ (foton) Gluony Mezony π , ρ a ω
Postižené částice Všechny částice Levák fermions Elektricky nabité Kvarky, gluony Hadrony
Působí na Hmotnost, energie Příchuť Elektrický náboj Barevný náboj
Vytvořily se vázané státy Planety, hvězdy, galaxie, skupiny galaxií není k dispozici Atomy, molekuly Hadrony Atomová jádra
Síla na stupnici kvarků
(vzhledem k elektromagnetismu)
10 -41 (předpokládané) 10 -4 1 60 Nevztahuje se
na kvarky
Síla v měřítku
protonů/neutronů
(vzhledem k elektromagnetismu)
10 -36 (předpokládané) 10 -7 1 Nevztahuje se
na hadrony
20
Síly standardního modelu

Gravitace

I když je gravitace možná nejznámější základní interakcí, není standardním modelem popsána kvůli rozporům, které vznikají při kombinaci obecné relativity, moderní gravitační teorie a kvantové mechaniky. Gravitace je však v mikroskopických měřítcích tak slabá, že je v podstatě neměřitelná. Graviton je postulován jako zprostředkující částice.

Elektromagnetismus

Elektromagnetismus je jedinou silou dlouhého dosahu ve standardním modelu. Je zprostředkován fotony a páry k elektrickému náboji. Elektromagnetismus je zodpovědný za celou řadu jevů včetně struktury atomových elektronových obalů , chemických vazeb , elektrických obvodů a elektroniky . Elektromagnetické interakce ve standardním modelu jsou popsány kvantovou elektrodynamikou.

Slabá jaderná síla

Slabá interakce je zodpovědná za různé formy rozpadu částic , jako je rozpad beta . Je slabý a má krátký dosah, protože slabé zprostředkující částice, W a Z bosony, mají hmotnost. W bosony mají elektrický náboj a zprostředkovávají interakce, které mění typ částic (označovaný jako chuť) a náboj. Interakce zprostředkované W bosony jsou účtovány aktuální interakce . Z bosony jsou neutrální a zprostředkovávají interakce neutrálního proudu, které nemění chuť částic. Bosony Z jsou tedy podobné fotonu, kromě toho, že jsou masivní a interagují s neutrinem. Slabá interakce je také jedinou interakcí, která narušuje paritu a CP . Porušení parity je u nabitých proudových interakcí maximální, protože W boson interaguje výhradně s levostrannými fermiony a pravotočivými antifermiony.

Ve standardním modelu je slabá síla chápána ve smyslu elektroslabé teorie, která uvádí, že slabé a elektromagnetické interakce se spojují do jediné elektroslabé interakce při vysokých energiích.

Silná jaderná síla

Silná jaderná síla je zodpovědná za hadronickou a jadernou vazbu . Je zprostředkován gluony, které se párují s barevným nábojem. Vzhledem k tomu, že samotné gluony mají barevný náboj, silná síla vykazuje omezení a asymptotickou svobodu . Uvěznění znamená, že izolovaně mohou existovat pouze barevně neutrální částice, proto mohou kvarky existovat pouze v hadronech a nikdy ne izolovaně, při nízkých energiích. Asymptotická svoboda znamená, že silná síla se s rostoucím energetickým měřítkem stává slabší. Silná síla přebíjí elektrostatické odpuzování protonů a kvarků v jádrech a hadronech v příslušných stupnicích.

Zatímco kvarky jsou v hadronech vázány zásadní silnou interakcí, která je zprostředkována gluony, nukleony jsou vázány vznikajícím jevem nazývaným zbytková silná síla nebo jaderná síla . Tato interakce je zprostředkována mezony, jako je pion . Barevné náboje uvnitř nukleonu se ruší, což znamená, že většina gluonových a kvarkových polí se ruší mimo nukleon. Některý zbytek však „unikne“, což se jeví jako výměna virtuálních mezonů, což způsobuje přitažlivou sílu mezi nukleony. (Základní) silná interakce je popsána kvantovou chromodynamikou, která je součástí standardního modelu.

Testy a předpovědi

Standardní model předpověděl existenci W a Z bosonů , gluonů a vrchních a kouzelných kvarků a předpověděl mnoho z jejich vlastností, než byly tyto částice pozorovány. Předpovědi byly experimentálně potvrzeny s dobrou přesností.

Standardní model také předpovídal existenci Higgsova bosonu , nalezeného v roce 2012 u Large Hadron Collider , jako jeho poslední částice.

Výzvy

Nevyřešený problém ve fyzice :

  • Co vede ke vzniku standardního modelu částicové fyziky?
  • Proč mají hmotnosti částic a vazebné konstanty hodnoty, které měříme?
  • Proč existují tři generace částic?
  • Proč je ve vesmíru více hmoty než antihmoty ?
  • Kde se temná hmota do modelu vejde? Skládá se dokonce z jedné nebo více nových částic?

Vlastní konzistence standardního modelu (v současné době formulovaného jako neabelská teorie měřidel kvantovaná pomocí integrálů cest) nebyla matematicky prokázána. Přestože existují regulované verze užitečné pro přibližné výpočty (například teorie mřížkových měřidel ), není známo, zda konvergují (ve smyslu prvků matice S) v mezích, kdy je regulátor odstraněn. Klíčovou otázkou související s konzistencí je problém existence Yang -Mills a problém masové mezery .

Experimenty naznačují, že neutrina mají hmotnost , což klasický standardní model nedovolil. Aby se tomuto zjištění vyhovělo, lze klasický standardní model upravit tak, aby zahrnoval hmotnost neutrin.

Pokud někdo trvá na použití pouze částic standardního modelu, lze toho dosáhnout přidáním nerenormalizovatelné interakce leptonů s Higgsovým bosonem. Na základní úrovni se taková interakce objevuje v mechanismu houpačky, kde se do teorie přidávají těžká pravotočivá neutrina. To je přirozené v symetrii levého a pravého standardního modelu a v určitých velkých unifikovaných teoriích . Dokud se nová fyzika objeví pod nebo kolem 10 14 GeV , mohou být hmotnosti neutrin správného řádu.

Teoretický a experimentální výzkum se pokusil rozšířit standardní model na jednotnou teorii pole nebo teorii všeho , úplnou teorii vysvětlující všechny fyzikální jevy včetně konstant. Nedostatky standardního modelu, které motivují takový výzkum, zahrnují:

  • Model nevysvětluje gravitaci , ačkoli fyzické potvrzení teoretické částice známé jako graviton by to do určité míry odpovídalo. Ačkoli se standardní model zabývá silnými a elektroslabými interakcemi, nevysvětluje důsledně kanonickou teorii gravitace, obecnou relativitu z hlediska teorie kvantového pole . Důvodem je mimo jiné to, že gravitační teorie kvantového pole se obecně rozpadají, než dosáhnou Planckova měřítka . V důsledku toho nemáme pro velmi raný vesmír žádnou spolehlivou teorii.
  • Někteří fyzici to považují za ad hoc a neelegantní, vyžadující 19 numerických konstant, jejichž hodnoty nesouvisejí a jsou libovolné. Ačkoli standardní model, jak nyní stojí, může vysvětlit, proč mají neutrina hmotnosti, specifika hmotnosti neutrin jsou stále nejasná. Předpokládá se, že vysvětlení hmotnosti neutrin bude vyžadovat dalších 7 nebo 8 konstant, což jsou také libovolné parametry.
  • Higgsův mechanismus vede k problému hierarchie, pokud je ve vysokých energetických měřítcích přítomna nějaká nová fyzika (spojená s Higgsem). V těchto případech, aby byla slabá stupnice mnohem menší než Planckova stupnice , je nutné důkladné doladění parametrů; existují však i jiné scénáře, které zahrnují kvantovou gravitaci, ve kterých se lze tomuto jemnému doladění vyhnout. Existují také problémy kvantové triviality , což naznačuje, že nemusí být možné vytvořit konzistentní teorii kvantového pole zahrnující elementární skalární částice.
  • Tento model je v rozporu se vznikajícím modelem kosmologie Lambda-CDM . Mezi spory patří absence vysvětlení ve Standardním modelu částicové fyziky pro pozorované množství studené temné hmoty (CDM) a její příspěvky k temné energii , které jsou o mnoho řádů příliš velké. Je také obtížné přizpůsobit se pozorované převaze hmoty nad antihmotou ( asymetrie hmoty / antihmoty ). Zdá se, že izotropie a homogenita viditelného vesmíru na velké vzdálenosti vyžaduje mechanismus jako kosmická inflace , který by rovněž představoval rozšíření standardního modelu.

V současné době nebyla žádná navrhovaná teorie všeho široce přijímána ani ověřována.

Viz také

Poznámky

Reference

Další čtení

Úvodní učebnice

  • I. Aitchison; A. Hej (2003). Gauge Theories in Particle Physics: A Practical Introduction . Fyzikální ústav. ISBN 978-0-585-44550-2.
  • W. Greiner; B. Müller (2000). Gauge Theory of Weak Interactions . Springer. ISBN 978-3-540-67672-0.
  • GD Coughlan; JE Dodd; BM Gripaios (2006). Myšlenky částicové fyziky: Úvod pro vědce . Cambridge University Press.
  • DJ Griffiths (1987). Úvod do elementárních částic . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-60386-3.
  • GL Kane (1987). Moderní fyzika elementárních částic . Knihy Perseus. ISBN 978-0-201-11749-3.

Pokročilé učebnice

Deníkové články

externí odkazy