Papildus zinātnei nezināmajai tumšajai vielai un tumšajai enerģijai, daļiņu fizikas standarta modelim ir arī grūtības izskaidrot, kāpēc fermioni veido trīs gandrīz identiskus komplektus.
Attiecībā uz teoriju, kurai joprojām trūkst diezgan lielu sastāvdaļu, daļiņu un mijiedarbības standarta modelis ir bijis diezgan veiksmīgs. Tas ņem vērā visu, ar ko ikdienā sastopamies: protonus, neitronus, elektronus un fotonus, kā arī eksotikas, piemēram, Higsa bozonu un patiesos kvarkus. Tomēr teorija ir nepilnīga, jo tā nevar izskaidrot tādas parādības kā tumšā matērija un tumšā enerģija.
Standarta modeļa panākumi ir saistīti ar faktu, ka tas sniedz noderīgu ceļvedi mums zināmajām matērijas daļiņām. Paaudzes var saukt par vienu no šiem svarīgajiem modeļiem. Liekas, ka katrai matērijas daļiņai var būt trīs dažādas versijas, kas atšķiras tikai pēc masas.
Zinātniekiem rodas jautājums, vai šim modelim ir sīkāks skaidrojums, vai arī ir vieglāk ticēt, ka kāda slēpta patiesība to aizstās.
Standarta modelis ir izvēlne, kurā ir visas zināmās pamatdaļiņas, kuras vairs nevar sadalīt to sastāvdaļās. Tas ir sadalīts fermionos (matērijas daļiņās) un bozonos (daļiņās, kas veic mijiedarbību).
Elementāro daļiņu un mijiedarbības standarta modelis / ALEPH sadarbība.
Materiāla daļiņās ietilpst seši kvarki un seši leptoni. Kvarki ir šādi: augšā, apakšā, apburoši, savādi, patiesi un glīti. Tie parasti neeksistē atsevišķi, bet sagrupējas, veidojot smagākas daļiņas, piemēram, protonus un neitronus. Leptonos ietilpst elektroni un to brālēni, mūoni un tau, kā arī trīs veidu neitrīni (elektronu neitrīno, mūoniskā neitrīno un tau neitrīno).
Visas iepriekš minētās daļiņas ir sadalītas trīs "paaudzēs", kas burtiski kopē viena otru. Augšējiem, apburtajiem un patiesajiem kvarkiem ir vienāds elektriskais lādiņš, kā arī tāda pati vāja un spēcīga mijiedarbība: tie galvenokārt atšķiras masās, kuras viņiem piešķir Higsa lauks. Tas pats attiecas uz lejupejošajiem, dīvainajiem un glītajiem kvarkiem, kā arī elektroniem, muoniem un tau.
Reklāmas video:
Kā minēts iepriekš, šādas atšķirības var kaut ko nozīmēt, bet fiziķi vēl nav izdomājuši, ko. Lielākās daļas paaudžu svars ir ļoti atšķirīgs. Piemēram, tau leptons ir apmēram 3600 reizes masīvāks par elektronu, un patiesais kvarks ir gandrīz 100 000 reizes smagāks nekā augšējais kvarks. Šī atšķirība izpaužas stabilitātē: smagākās paaudzes sadalās vieglākajās, līdz nonāk līdz maigākajiem stāvokļiem, kas paliek stabili mūžīgi (cik zināms).
Paaudzēm ir liela loma eksperimentēšanā. Piemēram, Higsa bozons ir nestabila daļiņa, kas sadalās daudzās citās daļiņās, ieskaitot tau leptonus. Izrādās, ka sakarā ar to, ka tau ir vissmagākās daļiņas, Higsa bozons "dod priekšroku" biežāk pārvērsties tau, nevis mūonos un elektronos. Kā atzīmē daļiņu paātrinātāji, labākais veids, kā izpētīt Higsa lauka mijiedarbību ar leptoniem, ir novērot Higsa boza sadalīšanos divos tau.
Higsa boza sadalīšanās diezgan kvarkos / ATLAS sadarbība / CERN.
Šis novērošanas veids ir standarta modeļa fizikas pamatā: sasitiet divas vai vairākas daļiņas viens pret otru un redziet, kuras daļiņas parādās, tad meklējiet modeļa atlikumus - un, ja jums paveicas, jūs redzēsit kaut ko tādu, kas neatbilst jūsu attēlam.
Un, lai arī tādas lietas kā tumšā matērija un tumšā enerģija acīmredzami neiederas mūsdienu modeļos, pastāv problēmas ar pašu standarta modeli. Piemēram, saskaņā ar to neitrīniem jābūt bezsvara, bet eksperimenti parādīja, ka neitrīniem joprojām ir masa, pat ja tā ir neticami maza. Un atšķirībā no kvarkiem un elektriski uzlādētiem leptoniem masu atšķirība starp neitrīno paaudzēm ir nenozīmīga, kas izskaidro to svārstības no viena veida uz otru.
Ja nav masas, neitrīni nav atšķirami viens no otra, ar masu - tie ir atšķirīgi. Atšķirība starp viņu paaudzēm mulsina gan teorētiķus, gan eksperimentētājus. Kā atzīmēja Ričards Ruiss no Pitsburgas universitātes, "Ir kāds modelis, kas mūs uzlūko, bet mēs nevaram precīzi izdomāt, kā tas būtu jāsaprot."
Pat ja ir tikai viens Higsa bozons - tāds, kāds ir standarta modelī -, ir daudz ko mācīties, novērojot tā mijiedarbību un sabrukšanu. Piemēram, pārbaudot, cik bieži Higsa bozons tiek pārveidots par tau salīdzinājumā ar citām daļiņām, varat pārbaudīt standarta modeļa derīgumu, kā arī iegūt norādes par citu paaudžu esamību.
Protams, gandrīz nav vairāk paaudžu, jo ceturtās paaudzes kvarkam vajadzētu būt daudz smagākam nekā pat patiesam kvarkam. Bet anomālijas Higsa sabrukumā daudz ko pasaka.
Atkal šodien neviens no zinātniekiem nesaprot, kāpēc tieši trīs matērijas daļiņas ir paaudzes. Neskatoties uz to, standarta modeļa struktūra pati par sevi ir norāde uz to, kas var atrasties ārpus tā, ieskaitot to, kas pazīstams kā supersimetrija. Ja fermioniem ir supersimetriski partneri, tiem jābūt arī trīs paaudzes gariem. To masu sadalījums var palīdzēt izprast fermionu masas sadalījumu standarta modelī, kā arī to, kāpēc viņi iekļaujas šajos īpašajos modeļos.
Supersimetrija paredz, ka katrai standarta modeļa daļiņai ir smagāks “superpartneris” / CERN / IES de SAR.
Neatkarīgi no tā, cik daļiņu paaudzes atrodas Visumā, pats to klātbūtnes fakts paliek noslēpums. No vienas puses, “paaudzes” ir nekas cits kā ērta matēriju daļiņu organizēšana standarta modelī. Tomēr ir pilnīgi iespējams, ka šī organizācija varētu izdzīvot dziļākā teorijā (piemēram, teorijā, kurā kvarki sastāv no vēl mazākām hipotētiskām daļiņām - preoniem), kas varētu izskaidrot, kāpēc kvarki un leptoni veido šos modeļus.
Galu galā, kaut arī standarta modelis vēl nav noteikts dabas apraksts, tas līdz šim savu darbu ir paveicis diezgan labi. Jo vairāk zinātnieku aprindās tiek tuvāk šīs teorijas uzzīmētās kartes malām, jo tuvāk zinātnieki nonāk pie patiesa un precīza visu daļiņu un to mijiedarbības apraksta.
Vladimirs Guilēns