Стандартная мадэль

Стандартная мадэль элементарных часціц

Стандартная мадэль — тэарэтычная канструкцыя ў фізіцы элементарных часціц, якая апісвае электрамагнітнае, слабае і моцнае ўзаемадзеянне ўсіх элементарных часціц. Стандартная мадэль не з’яўляецца тэорыяй усяго, бо не апісвае цёмную матэрыю, цёмную энергію і не ўключае ў сябе гравітацыю. Эксперыментальнае пацвярджэнне існавання прамежкавых вектарных базонаў у сярэдзіне 80-ых гадоў завяршыла пабудову Стандартнай мадэлі і яе прыняцце як асноўнай. Неабходнасць нязначнага пашырэння мадэлі ўзнікла ў 2002 годзе пасля выяўлення нейтрынных асцыляцый, а пацвярджэнне існавання базона Хігса ў 2012 годзе завяршыла эксперыментальнае выяўленне прадказаных Стандартнай мадэллю элементарных часціц.

Палажэнні

Стандартная мадэль заснавана на наступных палажэннях:

• Усё рэчыва складаецца з 12 фундаментальных квантавых палёў спіна ½, квантамі якіх з’яўляюцца фундаментальныя часціцы-ферміёны, якія можна аб’яднаць у тры пакаленні ферміёнаў: 6 лептонаў (электрон, мюон, тау-лептон, электроннае нейтрына, мюоннае нейтрына і тау-нейтрына), 6 кваркаў (u, d, s, c, b, t) і 12 адпаведных ім антычасціц.
• Кваркі ўдзельнічаюць у моцных, слабых і электрамагнітных узаемадзеяннях; зараджаныя лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) — у слабых і электрамагнітных; нейтрына — толькі ў слабых узаемадзеяннях.
• Усе тры тыпы ўзаемадзеянняў узнікаюць як следства пастулата, што наш свет сіметрычны адносна трох тыпаў калібровачных пераўтварэнняў. Часціцамі-пераносчыкамі узаемадзеянняў з’яўляюцца базоны:

8 глюонаў для моцнага ўзаемадзеяння (група сіметрыі SU(3));

3 цяжкія калібровачныя базоны (W⁺, W⁻, Z⁰) для слабага ўзаемадзеяння (група сіметрыі SU(2));

адзін фатон для электрамагнітнага ўзаемадзеяння (група сіметрыі U(1)).

• У адрозненне ад электрамагнітнага і моцнага, слабае ўзаемадзеянне можа змешваць ферміёны з розных пакаленняў, што прыводзіць да нестабільнасці ўсіх часціц, за выключэннем самых лёгкіх, і да такіх эфектаў, як парушэнне CP-інварыянтнасці і нейтрынныя асцыляцыі.
• Знешнімі параметрамі стандартнай мадэлі з’яўляюцца:
  • масы лептонаў (3 параметры, нейтрына прымаюцца безмасавымі) і кваркаў (6 параметраў), інтэрпрэтаваных як канстанты ўзаемадзеяння іх палёў з полем базона Хігса,
  • параметры CKM-матрыцы змешвання кваркаў — тры вуглы змешвання і адна камплексная фаза, якая парушае CP-сіметрыю канстанты ўзаемадзеяння кваркаў з электраслабым полем,
  • два параметры поля Хігса, якія звязаны адназначна з яго вакуумным сярэднім і масай базона Хігса,
  • тры канстанты ўзаемадзеяння, якія звязаны адпаведна з калібровачнымі групамі U(1), SU(2) і SU(3) і характарызуюць адносныя інтэнсіўнасці электрамагнітнага, слабага і моцнага ўзаемадзеянняў.

У сувязі з тым, што выяўлены нейтрынныя асцыляцыі, стандартная мадэль мае патрэбу ў пашырэнні, якое ўводзіць дадаткова 3 масы нейтрына і як мінімум 4 параметры PMNS-матрыцы змешвання нейтрына, аналагічныя CKM-матрыцы змешвання кваркаў, і, магчыма, яшчэ 2 параметра змешвання, калі нейтрына з’яўляюцца маяранаўскімі часціцамі. Таксама ў лік параметраў стандартнай мадэлі часам уводзяць вакуумны вугал квантавай хромадынамікі. Характэрна, што матэматычная мадэль з наборам з 20 з невялікім лікаў здольная апісаць вынікі мільёнаў праведзеных да цяперашняга часу ў фізіцы эксперыментаў.

Спасылкі

• Элементарные частицы — артыкул з Фізічнай энцыклапедыі
• Усе фундаментальныя часціцы і ўзаемадзеянні Стандартнай мадэлі на адной ілюстрацыі Архівавана 12 красавіка 2010. (англ.)