Wikiternative
The Alternative Source

Post info:

Standaard Model

et standaardmodel van deeltjesfysica is de theorie die drie van de vier bekende fundamentele krachten in het universum (de elektromagnetische , zwakke en sterke interacties) beschrijft, evenals alle bekende elementaire deeltjes classificeren. Het werd in de laatste helft van de 20ste eeuw in de loop der laatste helft ontwikkeld door het werk van vele wetenschappers over de hele wereld [1], waarbij de huidige formulering in het midden van de jaren zeventig is afgerond op experimentele bevestiging van het bestaan ​​van quarks . Sindsdien heeft de bevestiging van de topkwark (1995), de tau neutrino (2000) en de Higgs boson (2012) verder toegewijd aan het Standard Model. Daarnaast heeft het Standard Model verschillende eigenschappen van zwakke neutrale stromingen en de W en Z bosonen voorspeld met grote nauwkeurigheid.

Hoewel het standaardmodel theoretisch zelfstandig wordt geacht [2] te hebben en grote successen heeft getoond bij het verschaffen van experimentele voorspellingen , laat het een aantal verschijnselen onverklaarbaar en is het niet mogelijk om een volledige theorie van fundamentele interacties te zijn . Het verklaart de baryon-asymmetrie niet volledig, integreer de volledige zwaartekrachtgrafiek [3] zoals beschreven door de algemene relativiteit , of rekening houdend met de versnelde uitbreiding van het heelal, zoals mogelijk door donkere energie beschreven . Het model bevat geen levensvatbaar donkere materiaale deeltjes die alle benodigde eigenschappen bezit die afgeleid zijn van observatie- kosmologie . Het bevat ook geen neutrino-oscillaties en hun niet-nul massa’s.

De ontwikkeling van het standaardmodel werd gedreven door theoretische en experimentele deeltjesfysici. Voor theoretici is het standaardmodel een paradigma van een kwantumveldtheorie , die een breed scala aan fysica vertoont, waaronder spontane symmetriebrekingen , afwijkingen en niet-perturbatief gedrag. Het wordt gebruikt als basis voor het opbouwen van exotische modellen die hypothetische deeltjes , extra afmetingen en uitgebreide symmetrieën bevatten (zoals supersymmetrie ) in een poging om experimentele resultaten af ​​te stemmen in afwijking van het standaardmodel, zoals het bestaan ​​van donkere materie en neutrino oscillaties.

Inhoud

  • 1 Historische achtergrond
  • 2 Overzicht
  • 3 deeltjesgehalte
    • 3.1 Fermions
    • 3,2 meter bosonen
    • 3.3 Higgs boson
  • 4 Theoretische aspecten
    • 4.1 Opbouw van het standaard model Lagrangian
      • 4.1.1 Kwantum chromodynamica sector
      • 4.1.2 Electroweak sector
      • 4.1.3 Higgs sector
  • 5 fundamentele krachten
  • 6 Tests en voorspellingen
  • 7 uitdagingen
  • 8 Zie ook
  • 9 Opmerkingen en referenties
  • 10 verwijzingen
  • 11 verder lezen
  • 12 externe links

Historische achtergrond

De eerste stap naar het Standard Model was Sheldon Glashow ’s ontdekking in 1961 van een manier om de elektromagnetische en zwakke interacties te combineren. [4] In 1967 nam Steven Weinberg [5] en Abdus Salam [6] het Higgs-mechanisme [7] [8] [9] in de elektroweak-interactie van Glashow in, waardoor het zijn moderne vorm gaf.

Het Higgs-mechanisme wordt geacht aanleiding te geven tot de massa’s van alle elementaire deeltjes in het Standard Model. Dit omvat de massa’s van de W en Z bosonen , en de massa’s van de fermionen , dwz de kwarks en leptonen .

Nadat de neutrale zwakke stromingen veroorzaakt door Z boson uitwisseling in 1973 bij CERN werden ontdekt , [10] [11] [12] [13] werd de electroweak theorie algemeen geaccepteerd en Glashow, Salam en Weinberg de 1979 Nobelprijs voor Natuurkunde gedeeld voor het ontdekken De W ± en Z 0- bosonen werden in 1983 experimenteel ontdekt; en de verhouding van hun massa’s bleek te zijn zoals het standaard model voorspelde. [ aanhaling nodig ]

De theorie van de sterke interactie (dwz kwantumchromodynamica , QCD), waaraan veel bijdragen, heeft in 1973-74 zijn moderne vorm verworven toen de asymptotische vrijheid werd voorgesteld [14] [15] (een ontwikkeling die QCD de hoofdzaak van theoretisch onderzoek maakte ) [16] en experimenten bevestigden dat de hadronen waren samengesteld uit fractie geladen kwarken. [17] [18]

Overzicht

Momenteel worden materie en energie het best begrepen in termen van de kinematica en interacties van elementaire deeltjes. Tot op heden heeft natuurkunde de wetten verminderd die het gedrag en de interactie van alle bekende vormen van materie en energie beperken tot een klein aantal fundamentele wetten en theorieën. Een belangrijk doel van de fysica is het vinden van de ‘gemeenschappelijke grond’ die alle theorieën zou verenigen in een geïntegreerde theorie van alles , waarvan alle andere bekende wetten bijzondere gevallen zouden zijn en waaruit het gedrag van alle materie en energie kon worden afgeleid (tenminste in principe). [19]

Deeltje inhoud

Het standaardmodel bevat leden van verschillende klassen elementaire deeltjes (fermions, gauge bosons en Higgs boson), die op hun beurt kunnen worden onderscheiden door andere eigenschappen, zoals kleurlading.

Alle deeltjes kunnen als volgt worden samengevat:

Elementaire deeltjes
Fermions Half-integer spin Volg de Fermi-Dirac Statistieken Bosons Integer spin Ga naar de Bose-Einstein statistieken
Quarks en antiquarks Heb kleurlading Neem deel aan sterke interacties Leptonen en antileptonen Geen kleurlading Electroweak interacties Spoorbossen Spin ≠ 0 Krachtsdragers Scalaire Bosonen Spin = 0
Generations

  1. Omhoog (u), Omlaag (d)
  2. Charm (c), Vreemd (en)
  3. Bovenkant (t), Onderkant (b)
Generations

  1. Elektron (
    e –
    ) 1 , Electron neutrino (
    ν
    e )
  2. Muon (
    μ –
    ), Muon neutrino (
    ν
    μ )
  3. Tau (
    τ –
    ), Tau neutrino (
    ν
    τ )
Vier soorten (vier fundamentele interacties)

  1. Photon (
    γ
    , Elektromagnetische interactie )
  2. W en Z bosonen (
    W +
    ,
    W –
    ,
    Z
    , zwakke interactie )
  3. Acht soorten gluconen (
    g
    , Sterke interactie )
  4. Graviton (
    G
    , Zwaartekracht , hypothetische) 2
Higgs boson

Opmerkingen:
1. Het anti-elektronen (
e +
) wordt traditioneel positron genoemd
2. De bekende krachtdrager bosonen hebben allemaal spin = 1 en zijn daarom vector bosonen. De hypothetische graviton heeft spin = 2 en is een tensor boson; als het ook een meter boson is, is onbekend.

Fermions

Samenvatting van de interacties tussen deeltjes beschreven door het Standard Model.

Het standaardmodel bevat 12 elementaire deeltjes van spin   1/2 bekend als fermions . Volgens de spin-statistische stelling respecteren fermions het Pauli-uitsluitingsprincipe . Elke fermion heeft een overeenkomstige antipartikel .

De fermions van het Standard Model worden ingedeeld naar gelang van hoe ze interactie hebben (of gelijkwaardig aan de kosten die zij dragen). Er zijn zes kwarken ( boven , beneden , charme , vreemd , bovenkant , onderkant ) en zes leptonen ( elektronen , elektronen neutrino , muon , muon neutrino , tau , tau neutrino ). Paren uit elke classificatie worden samengevoegd om een generatie te vormen, met overeenkomstige deeltjes die vergelijkbaar lichamelijk gedrag vertonen (zie tabel).

De kenmerkende eigenschap van de kwarken is dat ze kleurlading dragen en dus door de sterke interactie interageren . Een fenomeen genaamd kleurbevestiging resulteert in het feit dat quarks zeer sterk gebonden zijn aan elkaar, waardoor kleurneutrale composietdeeltjes ( hadronen ) die quark en antiquark ( mesons ) of drie quarks ( baryons ) bevatten, vormen. Het bekende proton en neutron zijn de twee baryonen die de kleinste massa hebben. Quarks dragen ook elektrische lading en zwakke isospin . Daarom reageren ze met andere fermionen zowel electromagnetisch als via de zwakke interactie .

De overige zes fermionen dragen geen kleurlading en heet leptonen. De drie neutrino ’s dragen ook geen elektrische lading, dus hun beweging wordt direct beïnvloed door de zwakke kernkracht , waardoor ze opmerkelijk moeilijk te detecteren zijn. Echter, door een elektrische lading te dragen, werken de elektronen, muon en tau elektromagnetisch.

Elk lid van een generatie heeft grotere massa dan de bijbehorende deeltjes van lagere generaties. De eerste generatie geladen deeltjes vervallen niet; daarom wordt alle gewone (baryonische) stof van dergelijke deeltjes gemaakt. Specifiek, alle atomen bestaan ​​uit elektronen die rond atoomkernen rondlopen, die uiteindelijk uit op- en neerwaartse quarks bestaan. Tweede en derde generatie geladen deeltjes, aan de andere kant, vervallen met zeer korte halfleeftijden en worden alleen waargenomen in zeer hoge energieomgevingen. Neutrino’s van alle generaties vervalen ook niet, en doorbreken het universum, maar zelden in wisselwerking met baryonische materie.

Gauge bosons

De bovenstaande interacties vormen de basis van het standaardmodel. Feynman-diagrammen in het standaardmodel zijn gebouwd uit deze hoekpunten. Wijzigingen die Higgs boson-interacties en neutrino-oscillaties betreffen, worden weggelaten. De lading van de W bosons wordt gedicteerd door de fermionen die zij in wisselwerking hebben; het vervoegsel van elk genoteerd vertex (dwz de richting van de pijlen omkeren) is ook toegestaan.

In het standaardmodel worden gauge bosonen gedefinieerd als krachtdragers die de sterke, zwakke en elektromagnetische fundamentele interacties bemiddelen.

Interacties in de natuurkunde zijn de manieren waarop deeltjes andere deeltjes beïnvloeden. Op een macroscopisch niveau kan elektromagnetisme deeltjes met elkaar delen via elektrische en magnetische velden en zwaartekracht laat deeltjes met massa toe om elkaar aan te trekken in overeenstemming met Einstein’s theorie van algemene relativiteit . Het standaardmodel legt zulke krachten uit als gevolg van stofdeeltjes die andere deeltjes uitwisselen , in het algemeen aangeduid als krachtmediaire deeltjes . Wanneer een krachtmediaat deeltje wordt uitgewisseld, is het effect op een macroscopisch niveau gelijk aan een kracht die beide beïnvloedt en het deeltje wordt daarom gemedieerd (dwz de agent van) die kracht geweest. De berekeningen van de Feynman-diagram , die een grafische weergave van de perturbation theorie benadering zijn, roepen op “kracht mediating deeltjes”, en wanneer toegepast om high-energy scattering te analyseren, zijn experimenten in redelijke overeenstemming met de data. Echter, de storingsteorie (en daarmee het concept van een ‘krachtmediating particle’) mislukt in andere situaties. Dit zijn onder meer low-energy quantum chromodynamics , bound states en solitons .

De gauge bosonen van het Standard Model hebben allemaal een spin (wat ook deeltjes uitmaakt). De waarde van de spin is 1, waardoor ze bosonen maken . Als gevolg daarvan volgen ze niet het Pauli-uitsluitingsbeginsel dat fermionen beperkt: dus hebben bosonen (bijv. Fotonen) geen theoretische limiet op hun ruimtelijke dichtheid (aantal per volume) . De verschillende soorten gauge bosonen worden hieronder beschreven.

  • Fotonen bemiddelen de elektromagnetische kracht tussen elektrisch geladen deeltjes. Het foton is masseloos en wordt goed beschreven door de theorie van quantumelektrodynamica .
  • De
    W +
    ,
    W –
    , en
    Z
    meter bosons bemiddelen de zwakke interacties tussen deeltjes van verschillende smaken (alle quarks en leptonen). Ze zijn enorm, met de
    Z
    meer massief dan de
    W ±
    . De zwakke interacties die de
    W ±
    uitsluitend handelen op linkerhandde deeltjes en rechtshandige antipartikels . Bovendien, de
    W ±
    draagt ​​een elektrische lading van +1 en -1 en koppelt aan de elektromagnetische interactie. De elektrisch neutrale
    Z
    boson communiceert met zowel linkshandige deeltjes als antiparticles. Deze drie gauge bosonen, samen met de fotonen, worden samen gegroepeerd, die collectief de elektroweak- interactie bemiddelt.
  • De acht gluons bemiddelen de sterke interacties tussen kleurbeladen deeltjes (de kwarks). Gluonen zijn massaal. De achtvoudige veelvoud van gluonen wordt gemarkeerd door een combinatie van kleur- en anticolor-lading (bijv. Rood-antigreen). [nb 1] Omdat de gluonen een effectieve kleurlading hebben, kunnen ze ook onderling interageren. De gluonen en hun interacties worden beschreven door de theorie van kwantumchromodynamica .

De interacties tussen alle door het standaardmodel beschreven deeltjes worden samengevat door de diagrammen rechts van deze sectie.

Higgs boson

Hoofdartikel: Higgs boson

Het Higgs-deeltje is een massief scalaire elementaire deeltje die in 1964 door Peter Higgs werd geororiseerd, toen hij Goldstone’s 1962-stelling (generieke continue symmetrie die spontaan gebroken is) toonde een derde polarisatie van een massief vectorveld. Vandaar dat Goldstone’s oorspronkelijke scalaire dubbele, het massieve spin-zero deeltje, werd voorgesteld als de Higgs boson. (zie 1964 PRL symmetrie breekpapieren ) en is een belangrijk bouwsteen in het Standard Model. [7] [8] [9] [20] Het heeft geen intrinsieke spin , en om die reden wordt geklasseerd als een boson (zoals de gauge bosonen, die integer spin hebben).

De Higgs boson speelt een unieke rol in het Standard Model, door te verklaren waarom de andere elementaire deeltjes, behalve de foton en gluon , enorm zijn. In het bijzonder verklaart de Higgs boson waarom het foton geen massa heeft, terwijl de W en Z bosonen zeer zwaar zijn. Elementaire deeltjesmassa’s en de verschillen tussen elektromagnetisme (gemedieerd door het foton) en de zwakke kracht (gemedieerd door de W en Z-bosonen) zijn kritisch voor vele aspecten van de structuur van microscopische (en dus macroscopische) materie. In de elektroweak theorie , de Higgs boson genereert de massa’s van de leptonen (elektronen, muon en tau) en kwarks. Aangezien de Higgs boson massaal is, moet het met zichzelf communiceren.

Omdat de Higgs boson een zeer massief deeltje is en ook bijna onmiddellijk ontsnapt wanneer het wordt gemaakt, kan alleen een zeer hoge-energie deeltjesversneller dit observeeren en opnemen. Experimenten om de aard van de Higgs boson te bevestigen en te bepalen met behulp van de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN, begon begin 2010 en werden uitgevoerd in de Tevatron van Fermilab tot eind 2011. De wiskundige consistentie van het Standard Model vereist dat elke mechanisme dat de massa’s van elementaire deeltjes kan opwekken, wordt zichtbaar [ verduidelijking nodig ] bij energieën boven 1.4 TeV ; [21] Daarom is de LHC (ontworpen om twee 7 TeV protonbundels te botsen) gebouwd om te beantwoorden aan de vraag of de Higgs boson eigenlijk bestaat. [22]

Op 4 juli 2012 meldden twee van de experimenten bij de LHC ( ATLAS en CMS ) zelfstandig dat ze een nieuw deeltje hebben gevonden met een massa van ongeveer 125 GeV / c 2 (ongeveer 133 protonmassa’s, in de orde van 10 – 25 kg), die “consistent is met de Higgs boson”. Hoewel er meerdere eigenschappen zijn die vergelijkbaar zijn met de voorspelde “eenvoudigste” Higgs [23] , erkenden ze dat er nog meer werk nodig zou moeten zijn om te concluderen dat het inderdaad de Higgs boson is en precies welke versie van het Standard Model Higgs het beste ondersteund wordt, indien bevestigd. [24] [25] [26] [27] [28]

Op 14 maart 2013 werd de Higgs Boson tentatief bevestigd. [29]

Theoretische aspecten

Hoofdartikel: Standaardmodel (wiskundige formulering)

Bouw van het Standard Model Lagrangian

Parameters van het standaard model

Technisch biedt kwantumveldtheorie het wiskundige kader voor het Standaardmodel, waarin een Lagrangian de dynamiek en de kinematica van de theorie beheert. Elk soort deeltje wordt beschreven in termen van een dynamisch veld dat de ruimtetijd doordringt. De constructie van het standaardmodel gaat voort volgens de moderne methode om de meeste veldteorieën te ontwikkelen: eerst een reeks symmetrieën van het systeem postuleren en dan de meest algemene renormaliseerbare Lagrangian uit zijn deeltjesveldinhoud af te schrijven die deze symmetrie waarneemt.

De globale Poincaré-symmetrie wordt gepostuleerd voor alle relativistische kwantumveldtheorieën. Het bestaat uit de bekende translatiesymmetrie , rotatiesymmetrie en het inertie referentiekader invariance centraal in de theorie van speciale relativiteit . De lokale SU (3) × SU (2) × U (1) gauge-symmetrie is een interne symmetrie die in wezen het standaardmodel definieert. Ongeveer de drie factoren van de gauge-symmetrie geven aanleiding tot de drie fundamentele interacties. De velden vallen in verschillende representaties van de verschillende symmetriegroepen van het Standaardmodel (zie tabel). Bij het schrijven van de meest algemene Lagrangian vindt men dat de dynamiek afhankelijk is van 19 parameters, waarvan de numerieke waarden door experiment worden vastgesteld. De parameters worden samengevat in de tabel (zichtbaar door te klikken op “show”) hierboven. Let op: de Higgs massa is 125 GeV, de Higgs zelfkoppeling kracht λ ~   1/8 ).

Quantum Chromodynamics sector

Hoofdartikel: Quantum Chromodynamics

De kwantum chromodynamica (QCD) sector definieert de interacties tussen quarks en gluonen, met SU (3) symmetrie, gegenereerd door T a . Aangezien leptonen geen interactie hebben met gluonen, worden ze niet beïnvloed door deze sector. De Dirac Lagrangian van de quarks gekoppeld aan de gluon velden wordt gegeven door

L Q C D = ik U ¯ ( ∂ μ – ik g s G μ een T een ) γ μ U + ik D ¯ ( ∂ μ – ik g s G μ een T een ) γ μ D . {\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {\ mathrm {QCD}} = i {\ overlijn {U}} (\ partieel _ {\ mu} -ig_ {s} G _ {\ mu} ^ {a} T ^ {a}} \ gamma ^ {\ mu} U + i {\ overline {D}} {\ partial _ {\ mu} -ig_ {s} G _ {\ mu} ^ {a} T ^ {a}) \ gamma ^ {\ mu} D \ ,.}

G a
μ is het SU (3) meetveld dat de gluonen bevat, y μ zijn de Dirac matrices, D en U zijn de Dirac spinors geassocieerd met up- en down-type quarks en g s is de sterke koppelingskonstante.

Electroweak sector

Hoofdartikel: Electroweak interactie

De elektroweaksector is een Yang-Mills gauge theorie met de eenvoudige symmetrie groep U (1) × SU (2) L ,

L E w = Σ ψ ψ ¯ γ μ ( ik ∂ μ – g ‘ 1 2 Y w B μ – g 1 2 τ → L w → μ ) ψ , {\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {\ mathrm {EW}} = \ sum _ {\ psi} {\ bar {\ psi}} \ gamma ^ {\ mu} \ left mu} -g ^ {\ prime} {\ tfrac {1} {2}} Y _ {\ mathrm {W}} B _ {\ mu} -g {\ tfrac {1} {2}} {\ vec {\ tau }} _ {\ mathrm {L}} {\ vec {W}} _ {\ mu} \ rechts) \ psi \ ,,}

waar:

  • B μ is het U (1) meetveld
  • Y W is de zwakke hypercharge – de generator van de U (1) groep
  • W μ is het drie-component SU (2) meetveld
  • τ L zijn de Pauli matrices – oneindige generatoren van de SU (2) groep – met subschrift L om aan te geven dat ze alleen aan de linker- chirale fermionen
  • g ‘ en g zijn koppelingskonstanten.

Higgs sector

Hoofdartikel: Higgs mechanisme

In het standaardmodel is het Higgs-veld een complexe scalaire van de groep SU (2) L :

φ = 1 2 ( φ + φ 0 ) , {\ displaystyle \ varphi = {\ frac {1} {\ sqrt {2}}} links ({\ begin {array} {c} \ varphi ^ {+} \\\ varphi ^ {0} \ end {array }}\rechts)\,,}

waar de superscripts + en 0 de elektrische lading ( Q ) van de componenten aanduiden. De zwakke isospin ( Y W ) van beide componenten is 1.

Voordat de symmetrie breekt, is de Higgs Lagrangian:

L H = φ † ( ∂ μ – ik 2 ( g ‘ Y w B μ + g τ → w → μ ) ) ( ∂ μ + ik 2 ( g ‘ Y w B μ + g τ → w → μ ) ) φ – λ 2 4 ( φ † φ – v 2 ) 2 , {\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {\ mathrm {H}} = \ varphi ^ {dagger} \ left {{partial ^ {mu}} – {\ frac {i} {2}} \ links (G’Y _ {\ mathrm {W}} B ^ {\ mu} + g {\ vec {\ tau}} {\ vec {W}} ^ {\ mu} \ rechts) \ rechts) \ links gedeeltelijk _ {\ mu} + {\ frac {i} {2}} \ left {g’Y _ {\ mathrm {W}} B _ {\ mu} + g {\ vec {\ tau}} {\ vec {W }} _ {\ mu} \ rechts) \ rechts) \ varphi \, – \, {\ frac {\ lambda ^ {2}} {4}} \ left {\ varphi ^ {dagger} \ varphi -v ^ {2} \ right) ^ {2} \ ,,}

die ook kan worden geschreven als:

L H = | ( ∂ μ + ik 2 ( g ‘ Y w B μ + g τ → w → μ ) ) φ | 2 – λ 2 4 ( φ † φ – v 2 ) 2 . {\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {\ mathrm {H}} = \ left | \ left (\ partieel _ {\ mu} + {\ frac {i} {2}} \ left {g’Y_ { \ math \ {\}} {\ vec {\ tau}} {\ vec {W}} _ {\ mu} \ rechts) \ rechts) \ varphi \ right | ^ {2} – \, {\ frac {\ lambda ^ {2}} {4}} \ left {\ varphi ^ {\ dagger} \ varphi -v ^ {2} \ rechts) ^ {2} \

Fundamentele krachten

Hoofdartikel: Fundamentele interactie
[Icoon] Dit gedeelte heeft uitbreiding nodig . U kunt hierbij helpen door er toe te voegen . (Oktober 2015)

Het standaardmodel beschrijft drie van de vier fundamentele krachten van de natuur; alleen zwaartekracht blijft onverklaarbaar. In het standaardmodel wordt een kracht beschreven als een uitwisseling van bosonen tussen de getroffen voorwerpen, zoals een foton voor de elektromagnetische kracht en een gluon voor de sterke interactie. Die deeltjes heet krachtdragers of messenger deeltjes . [30]

De vier fundamentele interacties van de natuur [31]
Eigendom / Interaction Zwaartekracht Zwak electromagnetisch Sterk
(Elektrozwakke) fundamenteel overgebleven
Handelingen op: Massa – Energie Smaak Elektrische lading Kleurlading Atoomkernen
Partikels ervaren: Alle Quarks , leptonen Elektrisch geladen Quarks, Gluonen hadrons
Partikels mediëren: Nog niet waargenomen
( Graviton hypothesised)
W + , W- en Z 0 γ (foton) gluonen π , ρ en ω mesons
Sterkte op de schaal van quarks: 10 -41 10 -4 1 60 Niet toepasbaar
quarks
Sterkte op de schaal van
protonen / neutronen:
10 -36 10 -7 1 Niet toepasbaar
naar hadrons
20

Tests en voorspellingen

Het standaard model (SM) voorspelde het bestaan ​​van de W en Z bosonen , gluon en de top- en charmequarks voordat deze deeltjes werden waargenomen. [ benodigd citaat ] Hun voorspelde eigenschappen werden experimenteel met goede precisie bevestigd. [ aanhaling nodig ]

De SM maakt ook verschillende voorspellingen over het verval van Z 0 bosonen, die experimenteel door de Large Electron-Positron Collider bij CERN zijn bevestigd . [ aanhaling nodig ]

In mei 2012 meldde BaBar Collaboration dat hun recent geanalyseerde gegevens mogelijke fouten in het standaardmodel voor deeltjesfysica kunnen voorstellen. [32] [33] Deze gegevens tonen aan dat een bepaald type deeltjesverval, genaamd “B tot D-star-tau-nu”, vaker voorkomt dan het Standaard Model zegt dat het moet. In dit soort verval valt een deeltje genaamd de B-bar meson af in een D meson, een antineutrino en een tau-lepton. Hoewel het niveau van zekerheid van het overmaat (3.4 sigma) niet genoeg is om een ​​pauze van het Standaardmodel te eisen, zijn de resultaten een potentieel teken van iets verkeerd en kunnen de bestaande theorieën beïnvloeden, met inbegrip van die die de eigenschappen van Higgs afleiden bosonen . [34]

Op 13 december 2012 meldden fysici de constancy, over ruimte en tijd, van een fundamentele fysieke constante van de natuur die het standaardmodel van de natuurkunde ondersteunt . De wetenschappers, die methanolmoleculen in een verre melkwegstelsel bestudeerden, vonden de verandering (Δμ / μ) in de proton-naar-elektron massaverhouding μ gelijk aan “(0,0 ± 1,0) × 10 -7 bij roodverschuiving z = 0,89” en consistent met “een nul resultaat “. [35] [36]

Uitdagingen

Zie ook: Natuurkunde buiten het standaardmodel
Vraag dropshade.png Onopgelost probleem in de natuurkunde :

  • Wat leidt tot het standaardmodel van deeltjesfysica?
  • Waarom hebben deeltjesmassa’s en koppelingskonstanten de waarden die we meten?
  • Waarom zijn er drie generaties deeltjes?
  • Waarom is er meer materie dan antimaterie in het universum?
  • Waar past Dark Matter in het model? Is het zelfs een nieuw deeltje?

(meer onopgeloste problemen in de natuurkunde)

Zelfkonsistentie van het standaardmodel (momenteel geformuleerd als een non-abelian gauge theorie gekwantificeerd door path integrales) is niet wiskundig bewezen. Hoewel gerealiseerde versies die bruikbaar zijn voor geschatte berekeningen (bijvoorbeeld gitaarmethode theorie ) bestaan, is het niet bekend of zij in de zin van S-matrix elementen convergeren in de limiet die de regelaar verwijdert. Een sleutelvraag met betrekking tot de consistentie is het bestaan ​​en het probleem van de massa-kloof van Yang-Mills .

Experimenten geven aan dat neutrino ’s massa hebben , wat het klassieke standaardmodel niet toestaat. [37] Om deze bevinding op te lossen, kan het klassieke standaardmodel aangepast worden om neutrino massa te bevatten.

Als men erop aandringt alleen standaardmodellen te gebruiken, kan dit worden bereikt door een niet-renormaliseerbare interactie van leptonen met de Higgs boson toe te voegen. [38] Op een fundamenteel niveau komt zo’n interactie op in het seesaw-mechanisme waar zware rechtshandige neutrino’s aan de theorie worden toegevoegd. Dit is natuurlijk in de linkse rechtssymmetrische verlenging van het standaardmodel [39] [40] en in bepaalde grote verenigde theorieën . [41] Zolang nieuwe fysica onder of rond 10 14 GeV verschijnt , kunnen de neutrino-massa’s van de juiste volgorde zijn.

Theoretisch en experimenteel onderzoek heeft geprobeerd het standaardmodel uit te breiden tot een unified field theorie of een theorie van alles , een complete theorie die alle fysieke verschijnselen inclusief constanten verklaart. De tekortkomingen van het standaardmodel die dergelijke onderzoeken motiveren omvatten:

  • Het model verklaart niet de zwaartekracht , hoewel de fysieke bevestiging van een theoretisch deeltje dat bekend staat als een graviton , daarvoor in een mate zou kunnen rekenen. Hoewel het de sterke en elektroweak-interacties adresseert, verklaart het standaardmodel niet de kanonieke theorie van zwaartekracht, algemene relativiteit , in termen van kwantumveldtheorie . De reden hiervoor is onder meer dat kwantumveldtheorieën van zwaartekracht afbreken voordat ze de Planck-schaal bereiken . Als gevolg hiervan hebben we geen betrouwbare theorie voor het vroege universum.
  • Sommige fysici beschouwen het als ad hoc en inelegant, waarbij 19 numerieke constanten wier waarden niet verwant zijn en willekeurig zijn. [42] Hoewel het standaardmodel, zoals het nu staat, kan uitleggen waarom neutrino’s massa hebben, zijn de specificaties van de neutrino massa nog onduidelijk. Er wordt aangenomen dat het uitleggen van neutrino massa een extra 7 of 8 constanten vereist, die ook willekeurige parameters zijn. [ aanhaling nodig ]
  • De Higgsmechanisme geeft aanleiding tot de hiërarchie probleem als bepaalde nieuwe fysica (gekoppeld met de Higgs) aanwezig energieschalen is. In deze gevallen, zodat de zwakke schaal veel kleiner zijn dan Planckschaal , wordt ernstige fijnafstelling van de parameters die nodig zijn; Er zijn echter andere scenario’s omvatten kwantumgravitatie waarin dergelijke fijnregeling kan worden vermeden. [43] Er zijn tevens vragen Quantum triviality , wat suggereert dat het niet mogelijk is om een consistente kwantumveldentheorie met elementaire scalaire deeltjes te creëren.
  • Het model is in strijd met de opkomende ” Standaard Model van de kosmologie “. Vaker beweringen met de afwezigheid van een toelichting bij de standaard van deeltjesfysica de waargenomen hoeveelheid koude donkere materie (CDM) en bijdragen aan donkere energie , die vele orden van grootte te groot zijn. Het is ook moeilijk om de waargenomen overwicht van materie dan antimaterie (voor materie / antimaterie asymmetrie ). De isotropie en homogeniteit van het zichtbare heelal over grote afstanden lijkt een dergelijk mechanisme kosmische vereisen inflatie , Hetgeen ook een verlenging van het standaardmodel vormen.
  • Het bestaan van ultra-hoog-energetische kosmische stralen zijn moeilijk uit te leggen in het kader van het Standaard Model.

Momenteel zijn er geen voorgestelde Theorie van Alles is algemeen aanvaard of geverifieerd.

Zie ook

Boek icoon
  • Boek: Deeltjes van het Standaard Model
  • Fundamentele natuurkracht :
    • kwantumelektrodynamica
    • Sterke interactie : Kleur lading , Kwantumchromodynamica , Quark model
    • Zwakke interactie : Elektrozwakke theorie , Fermi theorie van bèta-verval , Weak hyperlading , Weak isospin
  • Ijktheorie : Niet-technische inleiding tot de theorie te meten
  • Generatie
  • Higgs-mechanisme : Higgs boson , Higgsless model
  • JC Ward
  • JJ Sakurai Prijs voor Theoretische Fysica van het deeltje
  • Lagrangiaan
  • Open vragen: BTeV experiment , schending van CP , Neutrino’s , Quark materie , Quantum trivialiteit
  • pinguïn diagram
  • Kwantumveldentheorie
  • Standaard Model: Wiskundige formulering , fysica voorbij het Standaard Model

Notities en referenties

Technisch gezien zijn er negen dergelijke kleur antikleur combinaties. Er is echter een kleur-symmetrische combinatie die uit een lineaire superpositie van de negen combinaties worden geconstrueerd, waardoor de telling tot acht.

Geef een reactie