Modelul standard este o teorie descriptivă extrem de reușită a lumii particulelor elementare. Pe baza ei, este posibil să se facă calcule, adesea foarte precise, și să se compare cu mii (!) Din rezultate experimentale complet diferite. Cu excepția câtorva cazuri care pot fi contorizate pe degete, acordul dintre modelul standard și experiența este izbitoare.
Cu toate acestea, modelul standard are dificultăți proprii. Multe dintre ele sunt legate de faptul că această teorie descrie o mulțime, dar nu explică de unde a provenit, nu permite să fie derivată din principii mai profunde.
Originea mecanismului Higgs
Mecanismul de simetrie electroweak Higgs este un element cheie al Modelului Standard, care descrie foarte bine lumea particulelor elementare. Cu toate acestea, modelul standard nu oferă nici o explicație despre motivul pentru care există un câmp Higgs și de ce are o astfel de proprietate - pentru a forma un condens de vid.
Problema ierarhiei
Fig. 1. Un nor de particule virtuale care înconjoară o particulă reală își schimbă caracteristicile. Imagine de la nobelprize.org
În teoria cuantică a particulelor elementare, se pare că un vid nu este un gol absolut, ci o mare non-stop de particule virtuale. Aceste particule virtuale de diferite soiuri apar pentru un moment scurt și apoi dispar. Cu toate acestea, în cazul în care există particule reale în apropiere, ele par să o înconjoare și să își schimbe proprietățile. Toate particulele care alcătuiesc lumea noastră și chiar particulele care s-au născut la colizori sunt deja particule "înfășurate" într-o blană virtuală de blană. Masele, încărcăturile și toate celelalte caracteristici ale particulelor observate sunt caracteristici ale particulelor inițiale, nu ale particulelor învelite.
În general vorbind, din punct de vedere al teoriei, Modelul Standard, fiind dat în sine, caută să „zboare“ pe scara de energie, mai multe ordine de mărime mai mare decât cele reale evenimente la scară electroslabe (aproximativ 200 GeV). În interiorul Modelul Standard, nu există nici un factor de descurajare, oprirea creșterii masei bosonului Higgs în detrimentul particulelor virtuale. Această problemă se numește problema ierarhiei - teoria formulată pentru a lucra la aceeași scară, dar „preferă să trăiască“ pe o energii la scară mult mai mare. (Cuvântul "ierarhie" este înțeles aici ca un dezechilibru excepțional de puternic al scărilor de energie.)
Există două puncte de vedere asupra acestei probleme. Prima posibilitate este urmatoarea: bosonului Higgs a fost inițial proprietăți anormale, și numai după ce a dobândit un strat virtual, toate anomaliile compensate cu precizie. Fizicienii o astfel de ajustare amendă pare extrem de nefiresc.
A doua ieșire este după cum urmează. Dacă în natură există alte particule, atunci - în formă virtuală - influența asupra bosonului Higgs se compensează reciproc. Cel mai important lucru aici este că, în multe modele ale fizicii dincolo de Modelul Standard (inclusiv unele opțiuni de non-minimal mecanism Higgs și teorii. Supersimetrici), această compensare nu este necesar să se adapteze. ea însăși apare așa cum ar trebui, pur și simplu prin construirea unei teorii. Aceste teorii atrag majoritatea teoreticienilor.
Paradoxul LEP
Să presupunem că atunci când energia crește, modelul standard se transformă într-o teorie mai largă care rezolvă problema ierarhiilor. În cele mai multe exemple concrete, se pare că această Fizică Nouă trebuie să-și ia drepturile în mod corect cu o energie de aproximativ 1 TeV, adică colizoarele moderne sunt pe cale să deschidă noi particule sau forțe. Dar dacă este așa, Fizica Nouă ar trebui să se simtă la o scară mult mai mică de energie, de ordinul a 100 GeV - pentru că se "întoarce" nu brusc, ci treptat, cu creșterea energiei.
Problema, însă, este faptul că nici ciocnește electroni și pozitroni LEP (energia totală de coliziune aproape 200 GeV), sau proton-antiproton Tevatron (energia totală a coliziune 2 TeV, oferind un coliziuni Parton de energie tipic câteva sute de GeV) nu a fost încă nu a descoperit o abatere sigură față de modelul standard. Aceeași problemă se numește „paradox LEP“: în ciuda mare precizie a datelor LEP, și în ciuda faptului că noua fizica a fi „în jurul valorii de colț“, nici un indiciu de văzut-o LEP. Cu toate acestea, în ultimul an al Tevatron a prezentat mai multe rezultate care necesită explicații, dar până în prezent descoperirea fizicii dincolo de Modelul Standard, acesta nu a fost încă atins.
Masele de fermieri
Fig. 2. Masele tuturor particulelor modelului standard sunt împrăștiate pe o gamă foarte largă. În modelul standard, o astfel de ierarhizare de masă nu primește o explicație satisfăcătoare. Imagine de la www.ipod.org.uk
O altă trăsătură misterioasă a modelului standard este răspândirea foarte mare a maselor de fermioane fundamentale, adică, cuarci și leptoni (vezi figura 2). Masele cuarcului și electronului de top diferă de sute de mii de ori, iar dacă luăm în considerare neutrinii, apoi un bilion de ori! Deoarece masele de fermioane din modelul standard apar datorită mecanismului Higgs. atunci se dovedește că coeficienții fără dimensiuni în interacțiunea câmpului Higgs cu fermiunile sunt de asemenea împrăștiați într-o gamă foarte largă.
Din punctul de vedere al întregii experiențe de fizică teoretică, această situație pare, de asemenea, anormală. Fizicienii încearcă să înțeleagă dacă poate exista un mecanism care duce în mod natural la o astfel de răspândire. Modelul standard aici nu ajută, dar în unele teorii non-standard poate apărea o ierarhie similară a maselor.
Modelul standard, în forma în care a fost inițial construit, necesită ca neutrinii să fie strict fără masă. Cu toate acestea, sa demonstrat experimental că neutrinii au o masă, deși foarte mică. În plus, neutrinii se amestecă foarte activ unul cu altul, curgând constant de la un tip la altul. Toate acestea sugerează că amestecarea în masă și neutrină nu are loc din cauza mecanismului Higgs. ci datorită fenomenului unei alte naturi. Din nou, în modelul standard nu există astfel de fenomene, dar există o mulțime de astfel de mecanisme printre diferitele variante ale noii fizici.
Absența particulelor de materie întunecată
În astrofizică este acum acceptată în general. în alta decât materia obișnuită în formă de stele, planete, gaze și nori de praf, gauri negre, neutrini, și așa mai departe. n. univers, există particule de natură complet diferită, pe care noi nu vedem în nici un interval de unde electromagnetice. Acestea sunt particule de materie întunecată. despre care acum nu se știe nimic, cu excepția faptului că doar ei se mișcă cu viteze reduse și practic nu interacționează cu radiațiile și materia obișnuită. În modelul standard, nu există particule potrivite pentru acest rol. Cu toate acestea, particulele candidate în materie întunecată se găsesc printre teoriile din afara modelului standard.
Predominanța materiei asupra antimateriei
Aparent, partea observată a universului constă aproape în întregime din materie - planete separate, stele, galaxii făcute din antimaterie, nr. Un astfel de dezechilibru al materiei asupra antimateriei urma să aibă loc dinamic în primele etape ale evoluției universului. Cu toate acestea, calculele au arătat că modelul standard nu poate genera dezechilibrul necesar. De fapt, însăși existența lumii, așa cum o vedem, vorbește despre insuficiența modelului standard.
Trimiteți-le prietenilor: