» » » » » » Modelul Standard în fizica particulelor elementare

Modelul Standard în fizica particulelor elementare

CERN_LHC_Tunnel1

Modelul Standard al fizicii particulelor conține 12 arome de fermioni elementare („particule de materie”), plus antiparticulele lor corespunzătoare, precum și bosoni elementari care mediaza forțele. Cu toate acestea, Modelul Standard este considerat a fi o teorie provizorie, mai degrabă decât unul cu adevărat fundamental, deoarece este fundamental incompatibil cu teoria relativității generale a lui Einstein. Există particule elementare ipotetice care nu sunt descrise de Modelul Standard, cum ar fi gravitonul, particula care ar transporta forța gravitațională, sau sparticulele, partenerii supersimetrici ai particulelor obișnuite.

Fermioni fundamentali

Cele 12 arome fermionice fundamentale sunt împărțite în trei generații de patru particule fiecare. Șase dintre particule sunt quarci. Celelalte șase sunt leptoni, dintre care trei sunt neutrini, iar celelalate au o sarcină electrică de -1: electronul și doi apropiaţi ai săi, muonul și leptonul tau.

Generații de particule
Prima generație

  • electron: e
  • electron-neutrino: νe
  • cuarc up: u
  • cuarc down: d
A doua generație

  • muon: μ
  • muon-neutrino: νμ
  • cuarc charm: c
  • cuarc strange: s
A treia generație

  • lepton tau: τ
  • tau-neutrino: ντ
  • cuarc top: t
  • cuarc bottom: b

Antiparticule

Există, de asemenea, 12 antiparticule fermionice fundamentale care corespund acestor 12 particule. Pozitronul e+ corespunde electronului, și are o sarcină electrică de +1, și așa mai departe:

Antiparticule
Prima generaţie

  • pozitron: e+
  • electron-antineutrino: \bar{\nu}_e
  • anticuarc up: \bar{u}
  • anticuarc down: \bar{d}
A doua generaţie

  • muon pozitiv: μ+
  • muon-antineutrino: \bar{\nu}_\mu
  • anticuarc charm: \bar{c}
  • anticuarc strange: \bar{s}
A treia generaţie

  • lepton tau pozitiv: τ+
  • tau-antineutrino: \bar{\nu}_\tau
  • anticuarc top: \bar{t}
  • anticuarc bottom: \bar{b}

Cuarci

Cuarci și anticuarcii nu au fost detectaţi ca existând izolat. Fiecare cuarc poartă una dintre cele trei sarcini de culoare ale interacțiunii puternice; anticuarcii transportă în mod similar anticuloare. Particule încărcate de culoare interacționează prin schimbul de gluoni în același mod în care particule încărcate interacționează prin schimb de fotoni. Cu toate acestea, gluonii sunt ele însele încărcate de culoare, rezultând o amplificare a forței puternice când particulele încărcate de culoare sunt separate. Spre deosebire de forța electromagnetică care scade când particulele încărcate se separă, particulele încărcate de culoare cresc forţa; efectiv, ele nu se pot separa una de alta niciodată.

Cu toate acestea, particulele încărcate de culoare se pot combina pentru a forma particule compozite de culoare neutră denumite hadroni. Un cuarc se poate asocia cu un anticuarc: cuarcul are o culoare iar anticuarcul are anticuloarea corespunzătoare. Culoarea și anticuloarea se anulează, formând un mezon neutru de culoare. Sau trei cuarci pot exista împreună: un cuarc este „roșu”, un altul „albastru”, şi un altul „verde”. Aceşti trei cuarci coloraţi formează împreună un baryon neutru la culoare. Sau trei anticuarcii pot exista împreună: un anticuarc este „antiroșu”, un altul „antialbastru”, şi un altul „antiverde”. Aceşti trei anticuarci anticoloraţi formează un antibaryon neutru la culoare.

Cuarcii transportă, de asemenea, sarcini electrice fracționare, dar din moment ce acestea sunt limitate în hadronii ale căror sarcini sunt toate integrale, sarcinile fracționare nu au fost izolate niciodată. Rețineți că cuarcii au sarcini electrice de +2/3 sau -1/3, în timp ce anticuarcii au sarcini electrice corespunzătoare de -2/3 sau +1/3.

Dovezile pentru existența cuarcilor provine de la împrăștiere inelastică adâncă: excitarea electronilor din nuclee pentru a determina distribuția de sarcină în nucleoni (care sunt barioni). În cazul în care sarcina este uniformă, câmpul electric din jurul protonului trebuie să fie uniformă, și electronul ar trebui să împrăștie elastic. Electronii cu energie mică se împrăştie în acest fel, dar peste o anumită energie protonii deviază unii electroni prin unghiuri mari. Electronul de recul are mult mai puțină energie, și este emis un jet de particule. Această împrăștiere inelastică sugerează că sarcina în proton nu este uniformă, ci împărțită între particule încărcate mai mici: cuarcii.

Bosoni fundamentali

În Modelul Standard, bosonii (gluoni, fotoni, şi bosoni W și Z) vectoriali (spin-1) mediază forțe, în timp ce bosonul Higgs (spin-0) este responsabil de particule cu masă intrinsecă.

Gluoni

Gluoni sunt mediatorii interacțiunii puternice și transporta atât culoare cât și anticuloare. Deși gluonii sunt fără masă, ei nu sunt niciodată observaţi în detectoare datorită izolării; mai degrabă, ei produc jeturi de hadroni, similari cu cuarcii singulari. Prima dovada pentru gluoni a venit de la anihilarea electronilor și pozitronilor la energii mari care produc, uneori, trei jeturi – un cuarc, un anticuarc, și un gluon.

Bosoni electroslabi

Există trei bosoni gauge slabi: W+, W, şi Z0; aceştia mediază interacțiunea slabă. Fotonul fără masă mediază interacțiunea electromagnetică.

Bosonul Higgs

Deși forțele slabe și electromagnetice par destul de diferite la energii obişnuite, cele două forțe sunt teoretizate a se unifica într-o singură forță electroslabă la energii mari. Această predicţie a fost confirmată în mod clar prin măsurători de secțiuni transversale pentru împrăştieri electron+proton de mare energie la acceleratorul HERA la DESY. Diferențele la energii joase este o consecință a maselor mari ale bosonilor W și Z, care la rândul lor sunt o consecință a mecanismului Higgs. Prin procesul de rupere spontană de simetrie, Higgs selectează o direcție specială în spațiu electroslab care cauzează trei particule electroslabe să devină foarte grele (bosonii slabi) și unul să rămână fără masă (fotonul). Deși mecanismul Higgs a devenit o parte acceptată a Modelului Standard, bosonul Higgs în sine nu a fost încă observată în detectoare decât anul acesta. Masa bosonului Higgs se află sub aproximativ 200 GeV.

Imagine http://en.wikipedia.org/wiki/File:CERN_LHC_Tunnel1.jpg

Lasă un răspuns

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