Станда́ртна моде́ль у фізиці елементарних частинок — теоретична конструкція, що описує електромагнітну, слабку і сильну взаємодію всіх елементарних частинок.
Стандартна модель не є теорією всього, бо не описує темну матерію, темну енергію і не включає в себе гравітацію. Експериментальне підтвердження існування проміжних векторних бозонів в середині 80-х років завершило побудову Стандартної моделі і її прийняття як основну у фізиці елементарних частинок. Необхідність незначного розширення моделі виникла в 2002 році після виявлення нейтринних осциляцій, а підтвердження існування бозона Хіггса в 2012 році завершило експериментальне виявлення частинок, що передбачаються Стандартною моделлю. Всього модель описує 61 частинку.
Стандартна модель складається з таких тверджень.
Частинками-носіями взаємодій є:
Дотепер всі прогнози Стандартної моделі підтверджувалися експериментами, іноді з фантастичною точністю в мільйонні частки відсотка. Тільки останніми роками стали з'являтися результати, в яких прогнози Стандартної моделі злегка розходяться з експериментом. Водночас, очевидно, що Стандартна модель не може бути останнім словом у фізиці елементарних частинок, бо вона містить дуже багато зовнішніх параметрів, а також не включає гравітацію. Тому пошук відхилень від Стандартної моделі — один з найактивніших напрямків дослідження останніми роками. Очікується, що експерименти на Великому адронному колайдері зможуть зареєструвати нові відхилення від Стандартної моделі.
Як основа Стандартної моделі виступає квантова теорія поля — розділ теоретичної фізики, що вивчає квантовані релятивістські поля. В її рамках усі матеріальні об'єкти представляються полями, кванти яких відповідають частинкам. Усі поля квантової теорії поля лоренц-коваріантні, тобто для них виконуються постулати спеціальної теорії відносності. Крім того від них вимагається спеціальна симетрія щодо локальних перетворень, яку називають калібрувальною інваріантністю, яка дозволяє об'єднати частинки, що спостерігаються в екпериментах, в окремі родини і покоління.
Складові адронів — кварки: баріони містять 3 кварки, мезони — кварк і антикварк. 6 ароматів кварків об'єднані в 3 сімейства (покоління), кожне з яких дедалі масивніше. Кварки up-типу (Q=2/3): u, c, t, і кварки down-типу (Q=-1/3): d, s, b. За кварковою моделлю протон складається з uud, нейтрон — з udd. В 50-х роках було відкрито Δ++, який має спін 3/2 і складається з трьох u-кварків. Це суперечить принципу Паулі: оскільки кварки ферміони, то вони не можуть перебувати в одному квантовому стані (з однаковими усіма квантовими числами). Тому було додано ще одне квантове число (ще один ступінь свободи) — колір, який може набувати значень: зелений (або жовтий), синій і червоний. Назви кольорів вибрано для зручності за аналогією до оптики. В експериментах це квантове число спостерігати не можна, оскільки всі спостережувані частинки є безколірними: баріони складаються з трьох кварків різних кольорів — отримуємо білий колір (як змішування світла), мезони складаються з двох кварків, які мають протилежні кольори (наприклад, червоний і античервоний). Розділ фізики, який вивчає кольорову взаємодію, називається квантова хромодинаміка.
Теоретичними та експериментальними дослідженнями була зроблена спроба розширити Стандартну модель в Об'єднану теорію поля або в теорію всього, тобто в повну теорію, що пояснює всі фізичні явища, включаючи константи. Стандартна модель має ряд недоліків:
Наразі момент немає перевіреної і всіма прийнятої фізично-математичної теорії, що описує всі відомі фундаментальні взаємодії.
Стандартна модель побудована на локальній калібрувальній симетрії , спонтанно порушеній до . Кожен з трьох параметрів відповідає за конкретний тип взаємодії. Квантова електродинаміка є інваріантною відносно локальних калібрувальних перетворень U(1): лагранжіан інваріантний відносно локальних калібрувальних перетворень . Для слабкої взаємодії (поля Янга — Міллса) властива інваріантність відносно неабелевої групи симетрії SU(2):
Дане калібрувальне перетворення може бути записане у вигляді унітарної матриці 2x2 із визначником рівним одиниці. Відповідно електрослабка взаємодія, як об'єднання електродинаміки із слабкою взаємодією, буде мати симетрію . Сильні взаємодії описує квантова хромодинаміка для якої властива SU(3) симетрія. Група SU(3) це група матриць 3x3 із визначником, рівним одиниці. В матриці 3x3 дев'ять елементів, вимога рівності одиниці визначника зводить число незалежних елементів до восьми. Ось чому існує 8 глюонів. Із електрослабкої моделі випливає існування безмасових частинок (W- і Z-бозони), але експериментально доведено, що вони мають масу. Цю проблему розв'язує механізм спонтанного порушення симетрії (механізм Хіггса). Поле Хіггса (бозон Хіггса) надає масу цим безмасовим частинкам. Лагранжіан, що описує поле Хіггса, є інваріантним відносно глобальних калібрувальних перетворень .
This article uses material from the Wikipedia Українська article Стандартна модель, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Вміст доступний на умовах CC BY-SA 4.0, якщо не вказано інше. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Українська (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.