Standartmodelis

Standartmodelis elementārdaļiņu fizikā ir teorija, kura apraksta stipro mijiedarbību, vājo mijiedarbību un elektromagnētisko spēku fundamentālās mijiedarbības. Katrai mijiedarbībai ir savas nesējdaļiņas. Ar standartmodeļa palīdzību klasificē zināmās subatomārās daļiņas.

Elementārdaļiņu standartmodelis (angļu valodā)

Standartmodelī ir 12 fermionu ("matērijas daļiņu") veidi un 12 bozonu ("radiācijas daļiņu") veidi, kā arī tiem atbilstošās antidaļiņas un vēl Higsa bozons. Standartmodelis tomēr netiek uzskatīts par fundamentālu teoriju, bet gan drīzāk par provizorisku, jo savā būtībā nav savienojams ar Einšteina vispārīgo relativitātes teoriju. Tiek uzskatīts, ka varētu pastāvēt vēl citas daļiņas, ko standartmodelis neapraksta, piemēram, gravitons — gravitācijas spēka nesējdaļiņa, vai arī parasto daļiņu supersimetriskie partneri.

Elementārdaļiņu grupēšana

12 fundamentālās fermioniskās daļiņas iedala trīs daļiņu ģimenēs. Sešas no šīm daļiņām ir kvarki. Pārējās sešas ir leptoni, no kuriem trīs ir neitrīno, bet pārējiem trim — elektronam, mionam un tau daļiņai — lādiņš ir −1.

Daļiņu paaudzes
Pirmā ģimene elektrons (e-) elektronu neitrīno (νe) augšējais (up) kvarks (u) apakšējais (down) kvarks (d)		Otrā ģimene mions (μ-) mionu neitrīno (νμ) C kvarks (c, šarmantais (charm) kvarks) S kvarks (s, dīvainais (strange) kvarks)		Trešā ģimene tau daļiņa (τ-) tau neitrīno(ντ) T kvarks (t, virsotnes (top) kvarks) B kvarks (b, pamata (bottom) kvarks)

Pastāv arī 12 fundamentālās fermioniskās antidaļiņas, kas atbilst šīm 12 daļiņām. Pozitrons, piemēram, atbilst elektronam, un tā elektriskais lādiņš ir +1. Līdzīgā kārtā pastāv arī pozitīvais mions un pozitīvā tau daļiņa, visu sešu veidu antikvarki un visu trīs veidu antineitrīno.

Kvarki un antikvarki nekad nav novēroti atsevišķi. Kvarks var būt savienojies ar antikvarku, veidojot mezonu. Jāpiezīmē, ka bez kvarku "smaržām" ("šarmantais", "dīvainais" utt.) tiem ir arī "krāsas". Kvarkam ir noteikta "krāsa", savukārt antikvarkam atbilstošā "antikrāsa". Līdz ar to tās atceļ viena otru, un mezons ir melns — bez krāsas. Trīs kvarki kopā var veidot barionu — ja viens kvarks ir "sarkans", otrs — "zils", bet trešais — "zaļš" (krāsas nav īstas, tās ir pieņemtas). Kopā šīs trīs krāsas veido baltu. Trīs antikvarki var veidot "antibarionu", ja kvarku krāsas ir "antisarkana", "antizila" un "antizaļa" (antibarions ir "antibalts").

Kvarkiem piemīt arī daļveida elektriskais lādiņš. Kvarkiem iespējams lādiņš vai nu +2/3 vai −1/3, savukārt antikvarkiem −2/3 vai +1/3.

No 12 bozoniskajām fundamentālajām daļiņām astoņas ir gluoni. Gluoni ir stiprās mijiedarbības nesējdaļiņas, un tiem piemīt gan "krāsa", gan "antikrāsa". Gluoniem nav masas, un tos nevar novērot ar daļiņu detektoriem. Tāpat kā vienkārši kvarki, mēģinot iegūt tos brīvā veidā, tie rada hadronu plūsmu.

No četriem pārējiem bozoniem trīs ir vājās mijiedarbības nesējdaļiņas, bet ceturtais — fotons, kas ir elektromagnētiskā spēka nesējdaļiņa.

Lai arī vājā mijiedarbība un elektromagnētiskais spēks mums ikdienā šķiet atšķirīgi, tiek uzskatīts, ka augstas enerģijas apstākļos tie kļūst par vienotu elektrovājo spēku. Uzskata, ka šī starpība starp augstas un zemas enerģijas apstākļiem ir saistīta ar Higsa bozonu. Spontānās simetrijas laušanas procesā Higsa bozons elektrovājajā telpā izvēlas virzienu, kas liek trīs elektrovājajām daļiņām kļūt ļoti smagām (vājie bozoni), bet vienai palikt bez masas (elektromagnētiskajam fotonam). Saskaņā ar CERN organizācijas eksperimentāliem datiem Higsa bozona masa ir 126,5 ± 0,6 GeV/c².^[1]

Elementārdaļiņu fizikā pēdējā laikā ir bijuši vairāki būtiski atklājumi. Uzskata, ka šobrīd pastāv vairāk nekā 200 elementārdaļiņu veidu, lai gan pierādījumi par dažu daļiņu eksistenci labākajā gadījumā ir tikai teorētiski. Agrāk uzskatīja, ka elementārdaļiņas, piemēram, elektroni, nav veidoti no vēl sīkākām sastāvdaļām. Tomēr nu jau daudzi fiziķi apgalvo, ka pat šīs daļiņas ir veidotas no kvantu cilpveida vienībām, ko sauc par superstīgām vai kvantu cilpām. Uzskata, ka tās ir miljardiem reižu mazākas nekā fundamentālās daļiņas, un daudzi fiziķi domā, ka tieši tās veido reālo Visumu (sk. stīgu teorija). Ja tā ir patiesība, tad varētu rasties teorija, kas izskaidrotu jebkā rašanos.

Ārpus standartmodeļa

Būtisks standartmodeļa papildinājums — supersimetrija — iekļauj supersimetriskās daļiņas. Katrai standartmodeļa daļiņai šādi būtu supersimetrisks partneris, kura spins no parastās daļiņas atšķirtos par 1/2. Supersimetriskās daļiņas būtu arī smagākas par parastajām — pārāk masīvas, lai tās varētu novērot parastajā veidā.

Stīgu teorija savukārt apgalvo, ka katrs fundamentālās daļiņas veids atbilst atšķirīgam fundamentālo stīgu rezonantās vibrācijas modelim. Visas stīgas ir vienādas, taču dažādas daļiņas atšķir to vibrācijas modeļi. Masīvākām daļiņām atbilst augstākas enerģijas vibrācijas. Elementārdaļiņas nesatur stīgas; tās ir stīgas. Stīgu teorija paredz gravitonu esamību. Gravitonus gan nav iespējams novērot eksperimentāli, jo gravitācijas spēks ir nesalīdzināmi vājāks par pārējiem fundamentālajiem spēkiem.

Atsauces

1. «CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson». CERN press release. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2012-07-05. Skatīts: 2012-07-04.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Standartmodelis.