Стандартная модель

Квантовая механика
Принцип неопределённости
Введение
Математические основы
См. также: Портал:Физика
Стандартная модель элементарных частиц

Станда́ртная моде́ль — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не является теорией всего, так как не описывает тёмную материю, тёмную энергию и не включает в себя гравитацию. Экспериментальное подтверждение существования промежуточных векторных бозонов в середине 80-х годов завершило построение Стандартной модели и её принятие как основной. Необходимость незначительного расширения модели возникла в 2002 году после обнаружения нейтринных осцилляций, а подтверждение существования бозона Хиггса в 2012 году завершило экспериментальное обнаружение предсказываемых Стандартной моделью элементарных частиц[1].

Всего модель описывает 61 частицу[2].

МезонМезонБарионНуклонКваркЛептонЭлектронАдронАтомМолекулаФотонW- и Z-бозоныГлюонГравитонЭлектромагнитное взаимодействиеСлабое взаимодействиеСильное взаимодействиеГравитацияКвантовая электродинамикаКвантовая хромодинамикаКвантовая гравитацияЭлектрослабое взаимодействиеТеория великого объединенияТеория всегоЭлементарная частицаВеществоБозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц и теории, описывающие их взаимодействия. Элементарные частицы слева — фермионы, справа — бозоны. (Термины — гиперссылки на статьи ВП)

Положения

Взаимодействие между различными частицами в Стандартной модели

Стандартная модель состоит из следующих положений:

8 глюонов для сильного взаимодействия (группа симметрии SU(3));
3 тяжёлых калибровочных бозона (W+, W−, Z0) для слабого взаимодействия (группа симметрии SU(2));
один фотон для электромагнитного взаимодействия (группа симметрии U(1)).
  • В отличие от электромагнитного и сильного, слабое взаимодействие может смешивать фермионы из разных поколений, что приводит к нестабильности всех частиц, за исключением легчайших, и к таким эффектам, как нарушение CP-инвариантности и нейтринные осцилляции.
  • Внешними параметрами стандартной модели являются:
    • массы лептонов (3 параметра, нейтрино принимаются безмассовыми) и кварков (6 параметров), интерпретируемые как константы взаимодействия их полей с полем бозона Хиггса,
    • параметры CKM-матрицы смешивания кварков — три угла смешивания и одна комплексная фаза, нарушающая CP-симметрию — константы взаимодействия кварков с электрослабым полем,
    • два параметра поля Хиггса, которые связаны однозначно с его вакуумным средним и массой бозона Хиггса,
    • три константы взаимодействия, связанные соответственно с калибровочными группами U(1), SU(2) и SU(3), и характеризующие относительные интенсивности электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий.
Стандартная модель. Показаны спин, заряд и масса элементарных частиц, а также их взаимодействия

В связи с тем, что обнаружены нейтринные осцилляции, стандартная модель нуждается в расширении, которое вводит дополнительно 3 массы нейтрино и как минимум 4 параметра PMNS-матрицы смешивания нейтрино, аналогичные CKM-матрице смешивания кварков, и, возможно, ещё 2 параметра смешивания, если нейтрино являются майорановскими частицами. Также в число параметров стандартной модели иногда вводят вакуумный угол квантовой хромодинамики. Примечательно, что математическая модель с набором из 20 с небольшим чисел способна описать результаты миллионов проведённых к настоящему времени в физике экспериментов[3].

За пределами Стандартной модели

Основная статья: Физика за пределами Стандартной модели

По состоянию на конец XX века все предсказания Стандартной модели подтверждались экспериментально, иногда с очень высокой точностью до миллионных долей процента[4]. Только в 2000-е годы стали появляться результаты, в которых предсказания Стандартной модели слегка расходятся с экспериментом, и даже явления, крайне трудно поддающиеся интерпретации в её рамках[5][6]. С другой стороны, очевидно, что Стандартная модель не может являться последним словом в физике элементарных частиц, ибо она содержит слишком много внешних параметров, а также не включает гравитацию. Поэтому поиск отклонений от Стандартной модели (так называемой «новой физики») — одно из самых активных направлений исследования в 2010-х годах. Ожидалось, что эксперименты на Большом адронном коллайдере смогут зарегистрировать множество отклонений от Стандартной модели (с добавлением массивных нейтрино), однако по состоянию на конец 2018 года после 9 лет экспериментов таких отклонений обнаружено не было[7].

См. также

Примечания

  1. ↑ Хиггс открыт. Что дальше?
  2. ↑ Половинка от магнита Владислав Кобычев, Сергей Попов «Популярная механика» № 2, 2015Архив
  3. ↑ Роман Парпалак. История развития теоретической физики высоких энергий (20 июня 2011). Дата обращения 23 июля 2012. Архивировано 23 июля 2012 года.
  4. ↑ Дэвид Гросс, Грядущие революции в фундаментальной физике
  5. ↑ Детектор CDF обнаружил явление, не поддающееся объяснению в рамках Стандартной модели
  6. ↑ Недавний результат Тэватрона не вызвал у физиков особого энтузиазма
  7. ↑ Игорь Иванов. Физика элементарных частиц в 2018 году. Часть 1. «Элементы» (9 января 2019). Дата обращения 13 июня 2020.

Литература

Ссылки