مدل استاندارد

مدل استاندارد سه نیرو از چهار نیروی شناخته شده را توضیح می دهد الكترومغناطیس, نیروی ضعیف كه شامل ساختارهای عناصر شیمیایی است و نیروی قوی كه پروتون ها و نوترون های هسته را در كنار هم نگه می دارد

● ذرات

با اینكه مدل استاندارد احتیاج به بسط دارد، ذرات آن برای توصیف جهانی كه تجربه می كنیم (غیر ● ذرات ماده (فرمیون ها)

در مدل استاندارد الكترون، كوارك بالا (up) و كوارك پایین (down) ذرات بنیادی تشكیل دهنده مواد معمولی هستند. پروتون ها (uud) و نوترون ها (udd) از به هم چسبیدن سه كوارك به وجود می آیند، كه آنها نیز به نوبه خود هسته اتم را می سازند. (عكس بالا) الكترون و كوارك های بالا (up) و پایین (down) همراه با نوترینوی الكترون، اولین گروه از سه رده ذرات را تشكیل می دهند كه به آنها رده می گویند. همه رده ها در همه موارد مشابه هم هستند غیر از جرم ذرات بنیادی شان. مقدار جرم، نوترینوها و بوزون هیگز در نمودار فرضی است اما طوری انتخاب شده اند كه با محاسبات تئوری و مشاهدات سازگار باشند.

● حمل كننده های نیرو (بوزون ها)

مدل استاندارد سه نیرو از چهار نیروی شناخته شده را توضیح می دهد: الكترومغناطیس، نیروی ضعیف (كه شامل ساختارهای عناصر شیمیایی است) و نیروی قوی (كه پروتون ها و نوترون های هسته را در كنار هم نگه می دارد). نیروها با ذرات نیرو منتقل می شوند: نوترون ها برای الكترومغناطیس، بوزون های W و Z برای نیروی ضعیف و گلوآن ها برای نیروی قوی، برای گرانش گراویتون ها فرض شده اند كه البته مدل استاندارد شامل گرانش نمی شود. مدل استاندارد نیروهای الكترومغناطیس و ضعیف را با هم متحد كرده است. این دو نیرو در انرژی های زیاد یا به طور معادل فاصله های كوچك تر از قطر پروتون در هم ادغام شده و نیروی الكترو ضعیف را به وجود می آورند. از بزرگترین موفقیت های مدل استاندارد این است كه ساختار نیروها

- ساختار دقیق معادلاتی كه آنها را توصیف می كند- به طور وسیعی با اصول عمومی كه در نظریه وجود دارد مشخص می شوند و نه با فرضیات ساختگی برای سازگاری با داده های آزمایشگاهی. برای مثال در مورد الكترومغناطیس، اعتبار نظریه میدان كوانتومی نسبیتی (كه بنای مدل استاندارد است) و وجود الكترون ایجاب می كند كه فوتون باید وجود داشته باشد و آن گونه برهم كنش كند كه برهم كنش می كند و بدین ترتیب در نهایت توانستیم ماهیت نور را بفهمیم. مسائل مشابهی وجود و خواص گلوآن ها و ذرات W و Z را پیش بینی كرد كه بعداً تائید شدند.

● منبع جرم

مدل استاندارد علاوه بر ذرات توضیح داده شده در بالا، وجود بوزون هیگز را پیش بینی می كند كه هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است. هیگز با ذرات دیگر مدل استاندارد به گونه ای برهم كنش می كند كه به آنها جرم می دهد.

● سطوح عمیق تر

آیا احتمال دارد نظریه دیگری كه در آن كوارك ها و الكترون ها كه خود از ذرات بنیادی تر درست شده اند جانشین مدل استاندارد شوند؟ به احتمال بسیار نه. امروزه آزمایش هایی بسیار دقیق تر از همیشه انجام شده اند و هیچ نشانه ای مبنی بر ساختاری اضافه دیده نشده است. مهمتر اینكه مدل استاندارد یك تئوری سازگار است كه اگر الكترون ها و كوارك ها بنیادی باشند معنی دارد. هیچ نكته مبهمی وجود ندارد تا دال بر وجود ساختار بنیادی عمیق تری باشد. علاوه بر این همه نیروها در انرژی های زیاد شبیه هم خواهند بود. به ویژه اگر ابرتقارن درست باشد. (به قاب صفحه۱۹ مراجعه كنید) اگر الكترون ها و كوارك ها ذرات مركب باشند، این اتحاد از بین می رود: نیروها مانند هم نخواهند بود. نظریه میدان های كوانتومی نسبیتی، الكترون ها و كوارك ها را ذرات نقطه ای می داند یعنی می گوید این ذرات بدون ساختار هستند. در آینده می توان آنها را ریسمان های كوچك (String) یا رویه ای (membrane) دید همان گونه كه نظریه ریسمان می گوید اما آنها باز هم الكترون و كوارك هستند با همه خواصی كه مدل استاندارد در انرژی های كم برای آنها متصور است.