Стандартна модель у фізиці елементарних частинок — теоретична конструкція, що описує електромагнітну, слабку і сильну взаємодію всіх елементарних частинок. Дана модель поєднує у собі теоретичну та прикладну фізику.
Ця теорія базується на дуже велекій кількості постулатів і дозволяє теоретично прогнозувати властивості тисяч різних процесів у світі елементарних часток. У більшість випадків ці прогнози підтверджуються експериментом, іноді з винятковою високою точністю .
Основні компоненти Стандартної моделі
Робочим інструментом Стандартної моделі є квантова теорія поля (тобто теорія віднощення швидкості частинок до швидкості світла з нескінченно великим числом ступенів свободи).
Атоми за Стандартною моделью.
Стандартна модель побудована на квантовій теорії поля і містить в собі не лише знання про будову атома, але і теорії про взаємодію елементарних частинок.
Ферміони і Бозони
В Стандартній моделі елементарні частинки діляться на ферміони, з яких і складається вся матерія, і бозони, які переносять різні види взаємодій між ферміонами.
Різниця між цими групами досить наочна. Справа в тому, що ферміонам для виживання за законами квантового світу потрібен певний простір, а для бозонів майже не важлива наявність вільного місця.
Ферміони
Група ферміонів, як було вже сказано, створює видиму матерію навколо нас. Ферміони діляться на кварки, які сильно взаємодіютьі між собою і замкнені всередині більш складних частинок – адронів, і лептонів, які вільно існують в просторі незалежно від своїх побратимів.
Кварки діляться на дві групи.
Верхнього типу. До кварків верхнього типу, з зарядом +2 \ 3, відносять: верхній, зачарований і істинний кварки.
Нижнього типу. До кварків нижнього типу, з зарядом -1 \ 3, відносять: нижній, дивний і чарівний кварки.
Істинний і чарівний є найбільшими кварками, а верхній і нижній – найменшими.
Лептони
(Складаються з кварків)
Вони також діляться на дві групи.
- Перша група, з зарядом «-1», до неї відносять: електрон, мюон (важчу частку) і тау-частинку (наймасивнішу)
- Друга група, з нейтральним зарядом, містить: електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино
Нейтрино – є мала частка речовини, помітити яку практично неможливо. Її заряд завжди дорівнює 0.
Бозони
Без них би ферміони суцільним потоком літали по всесвіту. Але обмінюючись бозонами, ферміони повідомляють один одному про будь-який вид взаємодії. Самі бозони ж один з одним практично не взаємодіють.
Взаємодія, що передається бозонами, буває:
Електромагнітна – фотони. За допомогою цих безмассових частинок передається світло.
Сильна ядерна, частки – глюони. З їх допомогою кварки з ядра атома не розпадаються на окремі частки.
Слабка ядерна – ± W і Z бозони. З їх допомогою ферміони перекидаються масою, енергією, і можуть перетворюватися один в одного.
Гравітаційним часткам – Гравітонам. Надзвичайно слабка в масштабах мікросвіту сила. Стає видимою тільки на надмасивних тілах.
Маса частинок пояснюється їх взаємодією з полем Хіггса, квантом якого є бозон Хіггса (це бозон, який притягує всі частинки в втомі). Саме завдаки його силі існують сталі форми. Всі інші бозони доповнюючі.
Що може і чого не може Стандартна модель.
Стандартна модель – це, багато в чому, описова теорія. Вона не дає відповіді на багато питань, що починаються з «чому»: чому частинок саме стільки і саме таких? звідки взялися саме ці взаємодії і саме з такими властивостями? чому чисельні значення параметрів саме такі?
Крім того, Стандартна модель не здатна описати деякі явища, які спостерігаються в природі. Зокрема, в ній немає місця масам нейтрино і частинкам темної матерії. Стандартна модель не враховує гравітацію.
Якщо ж використовувати Стандартну модель за своїм призначенням, для передбачення результатів зіткнень елементарних частинок, то вона дозволяє, в залежності від конкретного процесу, виконувати обчислення з різним ступенем точності.
Для електромагнітних явищ (розсіювання електронів) точність може досягати мільйонних часток і навіть краще. Рекорд тут тримає аномальний магнітний момент електрона, який обчислено з точністю краще однієї мільярдної.
Багато високоенергетичних процесів, які протікають за рахунок електрослабкої взаємодії, обчислюються з дуже високою точнітью.
Варто підкреслити той факт, що деякі процеси важко розрахувати з потрібною точністю, це не означає, що «теорія погана». Просто вона дуже складна, і нинішніх математичних прийомів поки не вистачає.
