» » » » » » » Modelul Standard al particulelor în fizică

Modelul Standard al particulelor în fizică

Standard_Model_of_Elementary_ParticlesModelul Standard al fizicii particulelor este o teorie care descrie forțele fundamentale tari, slabe și electromagnetice, precum și particulele fundamentale care compun toată materia. Este o teorie de câmp cuantic, și în concordanță atât cu mecanica cuantică cât și cu teoria relativității restrânse. Până în prezent, aproape toate testele experimentale ale celor trei forțe descrise de Modelul Standard au fost de acord cu previziunile sale. Cu toate acestea, Modelul Standard nu este o teorie completă a interacțiunilor fundamentale, în primul rând pentru că ea nu descrie gravitația.

Modelul Standard conține ambele particule fundamentale fermionice și bosonice. Fermionii sunt particule care posedă spin semi-întreg și ascultă de principiul de excluziune al lui Pauli, care prevede că niciun fermion nu pot partaja aceeași stare cuantică cu alt fermion. Bosonii posedă spin întreg și nu ascultă de principiul de excluziune al lui Pauli. Informal vorbind, fermionii sunt particule de materie și bosonii sunt particule care transmit forțe.

În Modelul Standard, teoria interacțiunii electroslabe (care descrie interacțiunile slabe și electromagnetice) este combinată cu teoria cromodinamicii cuantice. Fiecare dintre aceste teorii sunt teorii de câmp gauge, ceea ce înseamnă că ele modelează forțele dintre fermioni prin cuplarea lor cu bosonii care mediază (sau „poartă”) forțele. Lagrangeanul fiecărui set de bosoni de mediere este invariant sub o transformare numită transformare gauge, astfel încât aceşti bosoni de mediere sunt menționaţi ca bosoni gauge. Bosoni din Modelul Standard sunt:

  • Fotoni, care mediază interacțiunea electromagnetică.

  • Bosoni W+ şi W şi Z0, care mediază forța nucleară slabă

  • Opt specii de gluoni, care mediază forța nucleară tare. Șase dintre aceşti gluoni sunt etichetaţi ca perechi de „culori” și „anti-culori” (de exemplu, un gluon poate transporta „roșu” și „anti-verde”.) Celelalte două specii sunt un amestec mai complicat de culori și anti -culori.

  • Bosoni Higgs, care induc ruperea spontană de simetrie a grupurilor gauge și sunt responsabile pentru existența masei inerțiale.

Se pare că transformările gauge ale bosonilor gauge pot fi descrise exact cu ajutorul unui grup unitar numit „grup gauge„. Grupul gauge al interacției tari este SU(3), iar grupul gauge al interacțiunii electroslabe este SU(2)×U(1). Prin urmare, Modelul Standard este adesea menționată ca SU(3)×SU(2)×U(1). Bosonul Higgs este singurul boson din teorie care nu este un boson gauge. El are un statut special în teorie, și a fost subiectul unor controverse. Gravitoni, bosonii care se crede că mediază interacțiunea gravitațională, nu sunt contabilizaţi în Modelul Standard.

Există douăsprezece tipuri diferite, sau „arome„, de fermioni în Modelul Standard. Dintre protoni, neutroni și electroni, aceşti fermioni care constitutie marea majoritate a materiei, Modelul Standard consideră doar electronul ca particulă fundamentală. Protonul și neutronul sunt agregaţi de particule mai mici, cunoscute sub numele de cuarci, care sunt ținute împreună de către interacțiunea puternică. Fermioni fundamentali în Modelul Standard sunt:

Fermioni cu helicitate de stânga în Modelul Standard

Fermioni

* – Acestea nu sunt sarcini abeliene obișnuite care pot fi adăugate împreună, ci etichete ale reprezentărilor de grup ale grupurilor Lie.

** – Masa este într-adevăr o cuplare între un fermion cu helicitate de stânga și un fermion cu helicitate de dreapta. De exemplu, masa unui electron este de fapt o cuplare între un electron cu helicitate de stânga și un electron cu helicitate de dreapta, care este antiparticula unui pozitron cu helicitate de stânga. De asemenea, neutrinii îşi cuplează mult masele, astfel încât nu este corect să vorbim de masele neutrinilor în baza aromeisau să sugerăm că un neutrino electronic cu helicitate de stânga şi un neutrino electronic cu helicitate de dreapta au aceeaşi masă aşa cum pare să sugereze acest tabel.

*** – Ce se măsoară de fapt experimental sunt masele de barioni și hadroni și diferite rate de secţiuni transversale. Deoarece cuarcii nu pot fi izolaţi din cauza confinării cromodinamicii cuantice, cantitatea de aici se presupune a fi masa cuarcului la scara de renormalizare a tranziției de fază în cromodinamicii cuantică. Pentru a calcula această cantitate, fizicienii trebuie să instituie un model de rețea și să încerce diverse mase pentru cuarci până modelul se potrivieşte strâns cu datele experimentale. Deoarece masele de cuarci din prima generație sunt în mod semnificativ sub scara cromodinamicii cuantice, incertitudinile de aici sunt destul de mari. De fapt, modelele de reţea actuale ale cromodinamicii cuantice par să sugereze o masă semnificativ mai mică a acestor cuarcii faţă de cea din acest tabel.

Fermioni pot fi aranjaţi în trei „generații„, prima constând din electron, cuarci up şi down, şi neutrinul electronic. Toată materia obișnuită este facută din particule din prima generație. Particulele de generații mai mari se dezintegrează rapid în cele din prima generație și pot fi generate doar pentru o perioadă scurtă de timp în experimente de energie înaltă. Motivul pentru aranjarea lor în generații este că cei patru fermioni din fiecare generație se comportă aproape la fel ca omologii lor din alte generații. Singura diferenţă este în masele lor. De exemplu, electronul și muonul au ambele spin semi-întreg și o unitate de sarcină electrică, dar muonul este de aproximativ 200 de ori mai masiv.

Electronul și neutrino electronic, și omologii lor din alte generații, sunt numiţi „leptoni„. Spre deosebire de alţi fermioni, ei nu posedă o calitate numita „culoare”, și, prin urmare, interacțiunile lor (slabe și electromagnetice), scad rapid cu distanţa. Pe de altă parte, forța tare dintre cuarci devine mai puternică cu distanța, astfel încât cuarcii sunt întotdeauna găsiţi în combinații incolore, numite hadroni. Aceştia sunt fie barioni fermionici compuse din trei cuarci (protonul si neutronul fiind exemplul cel mai familiar) sau mezoni bosonici compuşi dintr-o pereche cuarc-anticuarc (cum ar fi pionii). Masa unr astfel de agregate depășește pe cea a componentelor datorită energiei lor de legătură.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *